CN202434049U

CN202434049U - 水表数据采集器

Info

Publication number: CN202434049U
Application number: CN2011205687214U
Authority: CN
Inventors: 赵松; 周淑华; 金建超
Original assignee: NANJING LIANHONG AUTOMATIZATION SYSTEM ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: NANJING LIANHONG AUTOMATIZATION SYSTEM ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2021-12-30

Abstract

一种水表数据采集器，包括控制器MCU、脉冲信号检测电路、时钟电路和LonWorks智能收发器模块，所述的脉冲信号检测电路作为水表数据采集器的信号采集端与脉冲水表传感器相连，用于采集传感器输出的脉冲信号，脉冲信号检测电路的信号输出端与控制器MCU的采集数据信号输入端相连，控制器MCU与时钟电路双向连接，控制器MCU的信号输出端通过通用串行总线与LonWorks智能收发器模块相连，LonWorks智能收发器模块通过网络与远程端上位机进行通信。本实用新型可广泛应用于各行各业，为能源管理对水系统实现用水消耗实时在线监测和计量、远程抄表的自动化。

Description

水表数据采集器

技术领域

本实用新型涉及能源与节能技术领域，尤其是为能源管理对水系统实现用水消耗监测、远程抄表自动化的管理系统，具体地说是一种脉冲式水表数据采集、远传的装置。

背景技术

三表（电表、气表、水表）与人们的日常生活息息相关，目前绝大部分应用中数据的抄录仍采用传统的上门抄表的方式，不仅效率低，工作量大，相应的提供的数据也是极为有限的。随着社会的发展传统的抄表方式已不能满足需求。目前中国远传水表大体分为脉冲式和直读式两大类。脉冲式远传水表的成本大大低于直读式，随着自保持开关的广泛应用，以基本解决初期脉冲式抄表系统不准确、不可靠的状况，得到了市场的认可。现有的应用系统中，大约90%以上仍是脉冲式系统，就系统运行的良好程度讲，尽管以往脉冲系统也有许多不尽人意的实例，但毋庸置疑，在所有的抄表系统中，占有较多，普及最广，效果最好的还是脉冲抄表系统，其牢固占据着抄表系统的主要市场。

目前国内市场上脉冲式远传水表采集装置主要基于山东潍微科技股份有限公司的实用新型及生产的自保持式脉冲水表传感器（专利号：99206865.7，99219172.6，01221703.4，02255655.9）。该传感器具备以下特点：

1、无源发迅，无需电源就能输出理想的方波信号。

2、信号传输准确，专利设计的自保持开关结构克服了由于水锤等临界点的颤动误发信号的缺点，可确保千万次信号无误差。

3、防磁：采用不锈钢外壳，并加屏蔽层，可有效防止磁场干扰，防止用户盗水现象的发生。

4、具有短线、断线检测功能，适时监视用户的非正常用水状态。

5、对系统的适应性强，可根据不同的采集系统。设置不同的脉冲当量或内部电路。保证不对采集系统作任何改造即可配套。

6、通用性强。可根据用户要求采用不同厂家的基表。

7、远传距离远。远传距离可达到1公里。

目前，现有的远传水表采集系统的主要差别在于所采用的通信方式及抄表方式方面：

通信方式主要有：RS485，CMBUS,MBUS,GPRS/GSM,无线等方式。

抄表方式主要有：手抄器自动抄表、微机联网自动抄表，GPRS/GSM无线或宽带自动抄表。

市面上相关的采集装置比较具有代表性的有：

山东潍微科技股份有限公司与自身自保持开关型远传冷（热）水表配套的采集装置智能数字直读模块WZDM-RS485-1，12VDC供电，RS485通信方式，采集水表用水总量。

广州柏诚智能科技有限公司SSU-C10B-01000计数型信号采集器实现一路计数，适用对双脉冲水表、燃气表和单脉冲电表的数据采集，采用M-BUS通讯方式。

以上及类似产品在数据采集时仅能提供水表当前累计总用水量，其数据类型单一，并且要通过其他途径进行计算处理才能获得实际用水数据，无法直接提供实时用水数据和当月、当年各月用水冻结数据，不能满足用户通过用水的多种信息进行处理、分析的需求。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有数据采集装置所存在的上述问题，提出一种水表数据采集器。由嵌入式软件进行数据处理，这些处理检测、存储传感器传回的脉冲数，进行累计得到当前总用水量的信息，通过借助自带的高精度时钟对累计数据进行处理，得到本月实时用水信息，及一年当中各个月份的用水信息，自带锂电池为外部意外断电时继续采集信息提供保证。

本实用新型的技术方案是：

一种水表数据采集器，它包括控制器MCU、脉冲信号检测电路、时钟电路和LonWorks智能收发器模块，所述的脉冲信号检测电路作为水表数据采集器的信号采集端与脉冲水表传感器相连，用于采集传感器输出的脉冲信号，脉冲信号检测电路的信号输出端与控制器MCU的采集数据信号输入端相连，控制器MCU与时钟电路双向连接，控制器MCU的信号输出端通过通用串行总线与LonWorks智能收发器模块相连，LonWorks智能收发器模块通过网络与远程端上位机进行通信。

本实用新型的水表数据采集器还包括故障信号检测电路，所述的故障信号检测电路作为水表数据采集器的故障信号采集端与脉冲水表传感器相连，用于采集传感器的故障信号，故障信号检测电路的信号输出端与控制器MCU的对应故障信号输入端相连。

本实用新型的水表数据采集器还包括电源电路和锂电池充放电电路，所述的电源电路为水表数据采集器的各模块提供电源，锂电池充放电电路的输出与MCU控制器的对应充放电信号端相连。

本实用新型的水表数据采集器还包括掉电检测及来电唤醒电路，所述的掉电检测及来电唤醒电路用于检测水表数据采集器外部供电是否掉电，掉电检测及来电唤醒电路的信号输出端与MCU控制器的对应信号输入端相连。

本实用新型的水表数据采集器还包括ISP软件下载接口电路，所述的ISP软件下载接口电路与MCU控制器双向连接。

本实用新型的时钟电路为高精度时钟电路，在室温25 ?C时，精度范围是±5×10^-6。

本实用新型的有益效果：

本实用新型可广泛应用于各行各业，为能源管理对水系统实现用水消耗实时在线监测和计量、远程抄表的自动化，该水表数据采集器为脉冲式水表数据采集、远传的装置，能满足能源管理系统获取实时用水及日、月、年用水数据进行水平衡分析的功能需求，为用户节约用水、减少支出提供数据依据，方便接入基于LonWorks技术的分布式总线型控制网络，同时，方便工程的设计和现场施工。

本实用新型通过采集传感器产生的实时脉冲数进行累计，结合事先所设置的脉冲当量，计算得到当前总用水量；本实用新型的软件设计时利用水表运行较慢的特点，拿出足够的时间进行滤波处理，连续采集清除因现场干扰造成的误差，保证读取脉冲的准确性；该采集装置可读取传感器故障报警信号，在发生故障时，提供报警信息；自带高精度时钟，为计算本月实时，及各个月份数据提供时间依据；采集测量数据可通过LonWorks网络实时发给上位主机；同时，在外部电源断电后，模块自动转到低功耗模式，利用自身所带的可充电电池继续采集脉冲信号。

本实用新型具有如下功能：：

1、一路脉冲及断线报警信号采集（无源）；

2、脉冲常数可设定；

3、脉冲读数准确度：依照《GB/T20866-2007 基于户用脉冲计量表的数据采集器》标准，由主站或集中器抄录数据采集器中各采集通道的总脉冲数的累计误差应不大于±1/10万；

4、读数可预设，报警功能启用、屏蔽；

5、提供本月实时数据，数据冻结个功能（月底时冻结本月数据）；

6、Lon双绞线通信接口，通信介质为双绞线，通信距离可以达到2700m,波特率78KBps；

7、掉电后内部电池供电持续采集脉冲，至少60天。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的锂电池充放电电路电路图。

图3是本实用新型的脉冲及故障信号检测电路电路图。

图4是本实用新型的时钟电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种水表数据采集器，它包括控制器MCU、脉冲信号检测电路、时钟电路和LonWorks智能收发器模块（采用Echelon公司型号可为FT 5000的智能收发器： FT 5000智能收发器集成了一个自由拓扑双绞线收发器，一个高性能的神经核心。5000智能收发器包括个独立的8位的逻辑处理器来管理物理MAC层，网络，用户应用程序。被称为媒体访问控制MAC处理器，网络NET，处理器和应用程序APP，当处理器工作在更高的系统时钟时，还有第四个处理器，处理中断。），所述的脉冲信号检测电路作为水表数据采集器的信号采集端与脉冲水表传感器相连，用于采集传感器输出的脉冲信号，脉冲信号检测电路的信号输出端与控制器MCU的采集数据信号输入端相连，控制器MCU与时钟电路双向连接，控制器MCU的信号输出端通过通用串行总线与LonWorks智能收发器模块相连，LonWorks智能收发器模块通过网络与远程端上位机进行通信。

本实用新型的控制器MCU选用ATMEL的高性能、低功耗的8 位AVR 微处理器ATmega168，16K字节的系统内可编程Flash(具有在编程过程中还可以读的能力，即RWW)，512字节 EEPROM，512字节SRAM，23个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C), 片内/ 外中断，可编程串行USART，面向字节的两线串行接口，一个SPI 串行端口，一个6路10位ADC(TQFP 与MLF 封装的器件具有8 路10位ADC)，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，以及五种可以通过软件选择的省电模式。32引脚TQFP 封装，工作电压2.7V---5.5V 有利于低功耗小型化设备的应用（在1 MHz，2V， 25°C时的功耗：正常模式：300uA掉电模式：0.5u A）。

本实用新型的水表数据采集器还包括故障信号检测电路，所述的故障信号检测电路作为水表数据采集器的故障信号采集端与脉冲水表传感器相连，用于采集传感器的故障信号，故障信号检测电路的信号输出端与控制器MCU的对应故障信号输入端相连，

如图3所示，本实用新型的脉冲采样采用外部中断方式，边沿触发，进入中断后经过软件滤波算法进行去干扰处理后，进行脉冲数累计计算。脉冲采样由模块自身供电，检测引脚通过电阻上拉。水表指针转动一周传感器开关闭合一次，当开关闭合时引脚电平为低，反之为高。传感器产生报警时引脚电平为高。同时外部中断兼有唤醒掉电模式下MCU的功能。

本实用新型的水表数据采集器还包括电源电路和锂电池充放电电路，所述的电源电路为水表数据采集器的各模块提供电源（采用LM2575系列开关稳压集成电路，是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路,它内部集成了一个固定的振荡器,只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路,可大大减小散热片的体积,而在大多数情况下不需散热片;内部有完善的保护电路,包括电流限制及热关断电路等芯片可提供外部控制引脚。是传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。输入电压范围宽（7---40DC）。稳压电路产生稳定的5V电压后直接给Lon双绞线通信模块供电，另外通过二极管隔离后供电给MCU，电池充电及脉冲信号、故障信号采样）。锂电池充放电电路的输出与MCU控制器的对应充放电信号端相连。

如图2所示，本装置配有900mAH的可充电电池，满足在外部电源掉电后MCU进入低功耗模式，保证模块外部掉电后持续采集脉冲至少60天的工作需要。电池管理电路提供电池充电过程控制、电池过充、过放、短路保护等。

本实用新型的水表数据采集器还包括掉电检测及来电唤醒电路，所述的掉电检测及来电唤醒电路用于检测水表数据采集器外部供电是否掉电，掉电检测及来电唤醒电路的信号输出端与MCU控制器的对应信号输入端相连。在外部掉电时保存重要数据至EEPROM。同时外部掉电后关掉UART及其他非必需的模块降低功耗，并自动切换至电池供电，在电池工作的过程中在空闲时使mega168进入睡眠模式，外部脉冲中断唤醒。使得在利用电池工作时功耗最小化延长工作时间。待检测到外部来电时唤醒MCU退出睡眠模式。打开UART及其余关闭的模块进行与上位机的通信。

本实用新型的时钟电路为高精度时钟电路，在室温25 ?C下，精度范围是±5×10^-6。如图4所示，时钟模块PCF8563与MCU之间采用I2C 总线通信，TIME_INT引脚与MCU中断连接，可配置为每分钟至每星期范围内产生一次中断。用于采集器的定时操作。CLKOUT 可以输出可编程的方时钟用于时钟精度的测量及调校。

PCF8563 是PHILIPS 公司推出的一款工业级内含I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片PCF8563 的多种报警功能定时器功能时钟输出功能以及中断输出功能完成各种复杂的定时服务甚至可为单片机提供看门狗功能内部时钟电路内部振荡电路内部低电压检测电路1.0V 以及两线制I2C 总线通讯方式不但使外围电路及其简洁而且也增加了芯片的可靠性同时每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动产生增量当然作为时钟芯片PCF8563 亦解决了2000 年问题因而PCF8563 是一款性价比极高的时钟芯片它已被广泛用于电表、水表、气表、电话、传真机、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。

具体实施时：

本实用新型硬件实现分主板和智能收发器模块，基于主板设计所含的电路电源电路、锂电池充放电电路、MCU单元、掉电检测及来电唤醒电路、ISP软件下载接口电路、脉冲采样及报警状态读取电路、高精度时钟电路。

本实用新型电源采用LM2575系列开关稳压集成电路，是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路，外接电源电压范围DV7-40V 均能保证模块正常运行。

本实用新型智能收发器模块通过通用串行总线与MCU芯片连接进行数据收发。能够实时上传模块采集到的信息。

本实用新型主要针对脉冲式远程水表传感器设计，传感器通过磁场吸合干簧管产生脉冲，指针转动一周产生一个方波信号，半周为开，半周为关，在检测到一个完整的开关信号才能确认为检测到一个脉冲，采集到脉冲信号，累加计算得到总的用水信息。结合自带的时钟对每月月底时的用水量进行冻结、保存，以实时总用水量减去上月底时总用水量得到本月用水量。

本实用新型平时采用外接直流电源输入工作，当外部电源断电后，模块自动进行检测，检测到断电后，自动切换到内壁有锂电池工作，进入低功耗模式，关闭非必需的模块，达到省电的目的，尽量增加电池的使用时间。当外部来电后电池充电管理芯片自动为锂电池充电，充满后自动停止。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种水表数据采集器，其特征是它包括控制器MCU、脉冲信号检测电路、时钟电路和LonWorks智能收发器模块，所述的脉冲信号检测电路作为水表数据采集器的信号采集端与脉冲水表传感器相连，用于采集传感器输出的脉冲信号，脉冲信号检测电路的信号输出端与控制器MCU的采集数据信号输入端相连，控制器MCU与时钟电路双向连接，控制器MCU的信号输出端通过通用串行总线与LonWorks智能收发器模块相连，LonWorks智能收发器模块通过网络与远程端上位机进行通信。

2.根据权利要求1所述的水表数据采集器，其特征是所述的水表数据采集器还包括故障信号检测电路，所述的故障信号检测电路作为水表数据采集器的故障信号采集端与脉冲水表传感器相连，用于采集传感器的故障信号，故障信号检测电路的信号输出端与控制器MCU的对应故障信号输入端相连。

3.根据权利要求1所述的水表数据采集器，其特征是所述的水表数据采集器还包括电源电路和锂电池充放电电路，所述的电源电路为水表数据采集器的各模块提供电源，锂电池充放电电路的输出与MCU控制器的对应充放电信号端相连。

4.根据权利要求1所述的水表数据采集器，其特征是所述的水表数据采集器还包括掉电检测及来电唤醒电路，所述的掉电检测及来电唤醒电路用于检测水表数据采集器外部供电是否掉电，掉电检测及来电唤醒电路的信号输出端与MCU控制器的对应信号输入端相连。

5.根据权利要求1所述的水表数据采集器，其特征是所述的水表数据采集器还包括ISP软件下载接口电路，所述的ISP软件下载接口电路与MCU控制器双向连接。

6.根据权利要求1所述的水表数据采集器，其特征是所述的时钟电路为高精度时钟电路，在室温25 ?C时，精度范围是±5×10^-6。