CN201034677Y - 超低微功耗复合式燃气表数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及数据处理技术，特别涉及燃气表数据的采集。本实用新型针对现有燃气表数据采集装置结构复杂，计数不可靠，误差大的缺点，公开了一种结构简单的燃气表表头数据采集装置，以克服上述缺点。本实用新型的技术方案是，超低微功耗复合式燃气表数据采集装置，包括微处理器，数据传感器，其特征在于，所述数据传感器由开关构成；所述开关与燃气表计数基轮联动；所述计数基轮转动的某半周，所述开关闭合；所述计数基轮转动的另一半周，所述开关断开。本实用新型的有益效果是，采集装置结构简单，成本低。加装后不涉及表头计量问题，加装程序简单，安装方便，并且数据采集准确可靠，采集装置功耗极低。

Description

超低微功耗复合式燃气表数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及数据处理技术，特别涉及燃气表数据的采集。

背景技术

要实现天然气远程自动抄表，必须解决的问题是要保证燃气表头数据采集的准确性。这是一个艰巨的任务，众多开发人员为此进行了着各种尝试和努力，但至目前为止，尚未真正从实用角度解决好这一难题。

燃气表头的基本结构包括计数基轮以及6个以上的计数轮盘，燃气流动带动计数基轮转动，各个计数轮盘按照一定的转速比转动，对用气量进行计数并显示数字。目前，远程抄表系统的数据采集装置一般由数据传感器、微处理器及其外围电路构成。数据传感器对表头读数进行采集，通过外围电路处理，将采集的数据输入微处理器，由微处理器进行记录、累加和编码传输。数据传感器常用的有光电传感器、磁敏传感器等。光电传感器的工作原理是，在每个计数轮盘上读数标记位置加装一发光二极管，每个计数轮盘还需加装一个数码盘，用以实现计数轮盘读数的光信号转换，在需要抄表的时候，再对光电转换电路供电，完成表头读数的采集。磁敏传感器的工作原理主要是通过安装在燃气表头上的诸如干簧管等磁敏元器件，检测计数齿轮转动时产生的磁变化信号，根据计数齿轮转动的频率产生脉冲，完成计数。

采用光电传感器的计数模式有如下缺点：

1、由于目前天然气基表一般在六位以上(含小数位)，要完成模拟量到数字量的光电转换，每个计数轮盘上均要安装多个发光二极管与该计数轮盘的十个不同量值相对应，传感器结构异常复杂。同时也造成了系统的不可靠性，在这样的采集装置中，如果有一个发光二极管失效，势必带来整个系统的失效。同时，由于光电直读模式在读取数据的时候，将同时驱动众多的发光二级管，即使采用超低功耗的发光二级管，要达到能识别的亮度，每个表头至少需要100毫安以上的电流，按一栋楼100户计算，同时抄表需要的外部电源至少需要提供10安以上的电流。

2、光电传感器的数据采集原理，决定了它的机械精密度要求较高，但天然气表是非精密机械，这一点从表头齿轮全为塑料制品，齿轮间活动间隙公差可达0.5毫米就可以得知。在不对表头进行重新设计而直接加装光电采集装置，必将带来系统的可靠性问题，据资料显示，现今使用光电直读模式的表头，因考虑到用户可接受的成本问题，大部份采用的是在原表头上直接加装光电采集部分器械。光电直读表头系统的复杂性导致了传感器本身的不可靠、成本高等缺点，同时因为抄表时所需外部电流过大，将带来外围系统设计的复杂性。

采用磁敏传感器的脉冲计模式的缺点：

脉冲计数模式相对于光电直读模式有着结构简单、成本低的特点。但一般脉冲计数传感器工作功耗大，必须提供外部电源，在外部电源失效的情况下，脉冲计数也会失效。外部电源失效的原因很多，如市电断电、后备蓄电池电量耗尽、供电线路损坏等；同时，由于脉冲计数使用的方法是：齿轮转到某个固定刻度，磁敏元件状态立即转换，而一转过这个刻度，磁敏元件状态再次转换，如果计数齿轮刚好停在这个刻度上，磁敏元件开关可能处于不确定状态，势必造成计数错乱，从而加大计数误差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是针对现有燃气表数据采集装置结构复杂，计数不可靠，误差大的缺点，提供一种结构简单的燃气表表头数据采集装置，以克服上述缺点。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是，超低微功耗复合式燃气表数据采集装置，包括微处理器，数据传感器，其特征在于，所述数据传感器由开关构成；所述开关与燃气表计数基轮联动；

进一步的，所述计数基轮转动的某半周，所述开关闭合；所述计数基轮转动的另一半周，所述开关断开；

具体的，所述开关为接触式开关；所述计数基轮沿直径分为两部分，一部分为导电层，另一部分为绝缘层；所述接触式开关与绝缘层接触时，接触式开关处于断开状态；所述接触式开关与导电层接触时，接触式开关处于闭合状态；

更进一步的，所述微处理器采用具有多种省电模式的低功耗微处理器；

特别的，所述低功耗微处理器型号为MSP430F123。

本实用新型的有益效果是，采集装置结构简单，成本低。加装后不涉及表头计量问题，加装程序简单，安装方便，并且数据采集准确可靠，采集装置功耗极低。

附图说明

图1a是计数基轮与开关的结构关系示意图；

图1b是图1a的A向视图；

图2是数据采集装置的电路结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的数据采集装置，充分利用现有天然气表头的机械计数结构，不对表头计数部分进行任何改动，仅在计数基轮上加装开关装置，计数基轮转动过程中，某半周开关处于全开状态，输出逻辑“1”；另一半周开关处于全关状态，输出逻辑“0”。计数基轮每转一周则产生一个逻辑“1”到逻辑“0”转换。采集装置要麽读取1，要麽读取0，无需再辨别这两个值之外的任何量值，这正是二进制采集系统的工作方式。由于只需读取或分辨这两个截然不同的状态，数据传感器——开关的构造可以非常简单，极易实现，又稳定可靠。在电路实施中将该开关的输出信号，用作微处理器(MCU)的计数中断信号，并且中断信号仅仅发生在开关跳变的瞬间。在无中断信号的情况下，微处理器处于深度睡眠状态，一但计数基轮转过半周，采集开关状态发生变化，产生中断信号，方唤醒微处理器。微处理器在毫秒计的时间内完成采集、计数、累加求和及存储，随后再次进入深度睡眠状态，等待下一次中断产生，采集装置就这样完成计数工作。

本实用新型解决了以下技术问题：

1、开关的合理设置，最大限度地完成“去抖动”，再通过软件滤波彻底达到去抖。从根本上解决了普通脉冲计数模式在磁敏元件开关状态改变时存在悬浮态的问题，使计数准确无误。

2、解决了功耗问题。待机时电流仅为0.04μA，实现了传感器可以依靠电池长期供电的目标，一个NCR1220型号的钮扣型锂电池(10毫安时)即可保证采集装置工作五年以上。

实施例

本例中，采用结构简单的开关元件作为数据传感器，开关元件与计数基轮的配置关系见图1a和图1b所示。图中开关采用接触式开关，接触式开关的2个触头与计数基轮的旋转面接触，计数基轮的旋转面被沿直径分成两部分，一部分贴上导电膜构成导电层，另一部分由构成计数基轮的绝缘塑料形成绝缘层。计数基轮旋转时，如果接触式开关与计数基轮的导电层接触，2个触头被断路，相当于接触式开关处于闭合状态，输出逻辑“1”；如果接触式开关与计数基轮的绝缘层接触，则接触式开关处于断开状态，输出逻辑“0”。计数基轮旋转一周，开关状态完成一次循环，输出逻辑信号翻转两次，取出该逻辑信号，即可作为计数的依据。由于这种采集方式在计数基轮旋转过程中，只有“闭合＝1”和“断开＝0”两种稳定的状态，大大提高了数据采集的稳定性和准确性。

具体电路结构如图2所示。本例在电路结构方面，采用了具有多种省电模式的MSP430系列低功耗微处理器，图中低功耗微处理器型号为MSP430F123。通过控制该型微处理器的时钟系统，可使其处于不同的功耗模式，至少有三种以上的功耗模式：活动模式，MCU处于活动状态，主系统时钟工作，子系统时钟工作，辅助时钟工作，各功能模块均处于活动状态，功耗相对较大，此模式下耗电为百微安量级的电流；待机模式，MCU处于禁止状态，停止工作，主系统时钟被禁止，子系统时钟被禁止，数字控制振荡器、直流发生器均被禁止，但辅助时钟在工作，此模式下耗电为1微安量级的电流；深度睡眠模式，MCU处于禁止状态，所有振荡器停止工作，数字控制振荡器、直流发生器均被禁止，辅助时钟也停止了工作，此模式下耗电电流不超过0.1微安。

图中，计数基轮的旋转信号，被接触式开关采集，一方面用于触发MCU进行计数，另一方面也用于控制MCU的工作模式，在开关状态转换的瞬间，唤醒处于深度睡眠状态的MCU，进行数据采集。本例中还增加了显示屏，用于显示用气量等信息；RS485串口，用于连接转发系统，进行数据的远程传输；其他控制接口，可以完成一些辅助控制功能，如安全检测、关闭燃气阀门等。图中的滤波电路既可以采用硬件电路，也可以利用软件功能进行滤波处理，以提高数据采集的稳定性和可靠性。本例的供电部分采用锂电池和DC-DC(直流一直流转换)电路，一方面提供MCU的工作电流，另一方面也用于其他控制接口的供电。

Claims (5)

1.超低微功耗复合式燃气表数据采集装置，包括微处理器，数据传感器，其特征在于，所述数据传感器由开关构成；所述开关与燃气表计数基轮联动。

2.根据权利要求1所述的超低微功耗复合式燃气表数据采集装置，其特征在于，所述计数基轮转动的某半周，所述开关闭合；所述计数基轮转动的另一半周，所述开关断开。

3.根据权利要求2所述的超低微功耗复合式燃气表数据采集装置，其特征在于，所述开关为接触式开关；所述计数基轮沿直径分为两部分，一部分为导电层，另一部分为绝缘层；所述接触式开关与绝缘层接触时，接触式开关处于断开状态；所述接触式开关与导电层接触时，接触式开关处于闭合状态。

4.根据权利要求1、2或3所述的超低微功耗复合式燃气表数据采集装置，其特征在于，所述微处理器采用具有多种省电模式的低功耗微处理器。

5.根据权利要求4所述的超低微功耗复合式燃气表数据采集装置，其特征在于，所述低功耗微处理器型号为MSP430F123。

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