CN205426249U - 基于中断和ad采样的水表脉冲信号计量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，包括依次连接的传感器、调理模块和微控制器，所述传感器包括A线脉冲信号输出管脚和B线脉冲信号输出管脚，所述微控制器包括中断管脚和GPIO管脚，所述传感器的A线脉冲信号输出管脚通过所述调理模块与所述微控制器的中断管脚连接，所述传感器的B线脉冲信号输出管脚通过所述调理模块与所述微控制器的GPIO管脚连接。通过调理模块连接传感器和微控制器，可实现阻抗匹配和电压信号转换；只要A线电平信号有上升沿产生，即可触发中断进行计量，大大提高计量准确性，扩大测量范围，改善小流量测量特性。

Description

基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统

技术领域

本实用新型涉及水表计量技术领域，尤其涉及一种基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统。

背景技术

传统的水表脉冲信号计量方式都是以固定周期AD采样且通过电压值判断A、B两线吸合、释放状态组合来计量，且无针对传感器开路、短路、磁干扰的计量，这种计量方式对小流量的脉冲信号采样时常会有遗漏的问题，计量不准确且计量精度较差，针对外部人为干扰无法及时报警给监控中心。

请参照图1，若传感器A、B两线输出的波形如图1的左侧所示，则表示水表正转，若如图1的右侧所示，则表示水表反转。

在公开号为CN104330119A的中国专利公开文件中，提出了一种智能电子水表，该智能电子水表包括机械水表、第一霍尔传感器、第二霍尔传感器和传输器；所述机械水表的一指针上设置有磁性体，所述第一霍尔传感器和第二霍尔传感器设置于机械水表上方并间隔设置于所述磁性体所转动的圆周上；所述传输器设置于所述机械水表外部，所述第一霍尔传感器和第二霍尔传感器分别电连接于所述传输器，该智能电子水表计量精确且可在传统机械水表进行升级得到。但该方案需要检测至少一个完整的跳变周期，同时，对于小流量的脉冲信号，易在采样时出现遗漏，从而导致误测，且该方案也不能检测水表及传感器的其他状态，如开路、短路、磁干扰等状态。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提高一种基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，可实现小流量的脉冲信号的计量，从而提高计量精度。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，包括依次连接的传感器、调理模块和微控制器，所述传感器包括A线脉冲信号输出管脚和B线脉冲信号输出管脚，所述微控制器包括中断管脚和GPIO管脚，所述传感器的A线脉冲信号输出管脚通过所述调理模块与所述微控制器的中断管脚连接，所述传感器的B线脉冲信号输出管脚通过所述调理模块与所述微控制器的GPIO管脚连接。

进一步地，所述微控制器还包括第一AD管脚和第二AD管脚，所述传感器的A线脉冲信号输出管脚还通过所述调理模块与所述微控制器的第一AD管脚连接，所述传感器的B线脉冲信号输出管脚还通过所述调理模块与所述微控制器的第二AD管脚连接。

进一步地，所述微控制器还包括检测管脚，所述微控制器的检测管脚通过调理模块分别与所述传感器的A线脉冲信号输出管脚和B线脉冲信号输出管脚连接。

进一步地，所述传感器还包括第一电源管脚，所述微控制器还包括第二电源管脚，所述传感器的第一电源管脚通过所述调理模块与所述微控制器的第二电源管脚连接。

进一步地，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻的一端与所述传感器的A线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的中断管脚连接；所述第二电阻的一端与所述传感器的B线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的GPIO管脚连接。

进一步地，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；所述第一电阻的一端与所述传感器的A线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的第一AD管脚连接；所述第二电阻的一端与所述传感器的B线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的第二AD管脚连接；所述第一电容的一端连接第一AD管脚，另一端接地；所述第二电容的一端连接第二AD管脚，另一端接地。

进一步地，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一静电阻抗器和第二静电阻抗器，所述A线脉冲信号输出管脚、第一电阻、第三电阻和检测管脚依次连接；所述B线脉冲信号输出管脚、第二电阻、第四电阻和检测管脚依次连接；所述第一静电阻抗器的一端连于所述第一电阻和第三电阻之间，另一端接地；所述第二静电阻抗器的一端连于所述第二电阻和第四电阻之间，另一端接地。

进一步地，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第五电阻、第三电容和第三静电阻抗器；所述第五电阻的一端与所述传感器的第一电源管脚连接，另一端与所述微控制器的第二电源管脚连接；所述第三电容的一端连接所述第一电源管脚，另一端接地；所述第三静电阻抗器的一端连接第二电源管脚，另一端接地。

进一步地，所述传感器为环型卡扣式传感器。

进一步地，所述微控制器为PIC单片机。

本实用新型的有益效果在于：通过调理模块连接传感器和微控制器，可实现阻抗匹配和电压信号转换；通过将传感器的A线脉冲信号输出管脚与微控制器的中断管脚连接，将传感器的B线脉冲信号输出管脚与微控制器的GPIO管脚连接，当A线的电平信号处于上升沿时，即从低电平信号变为高电平信号时，触发中断，对此时的B线电平信号进行判断，若为低电平信号，则判定水表正转，若为高电平信号，则判定水表反转；因此，只要A线电平信号有上升沿产生，即可触发中断进行计量，大大提高计量准确性，扩大测量范围，改善小流量测量特性。

附图说明

图1为传感器输出的A、B两路信号的波形示意图；

图2为本实用新型一种基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一的系统结构示意图；

图4为本实用新型实施例一的方法流程图；

图5为本实用新型实施例二的系统结构示意图；

图6为本实用新型实施例二的方法流程图；

图7为本实用新型实施例三的调理模块的电路连接示意图。

标号说明：

1、传感器；2、调理模块；3、微控制器；

11、A线脉冲信号输出管脚；12、B线脉冲信号输出管脚；13、第一电源管脚；

31、中断管脚；32、GPIO管脚；33、第一AD管脚；34、第二AD管脚；35、检测管脚；36、第二电源管脚。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本实用新型最关键的构思在于：当A线电平信号处于上升沿时，即触发中断，判断B线电平信号，从而判断出水表正转或反转。

请参阅图2，一种基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，包括依次连接的传感器、调理模块和微控制器，所述传感器包括A线脉冲信号输出管脚和B线脉冲信号输出管脚，所述微控制器包括中断管脚和GPIO管脚，所述传感器的A线脉冲信号输出管脚通过所述调理模块与所述微控制器的中断管脚连接，所述传感器的B线脉冲信号输出管脚通过所述调理模块与所述微控制器的GPIO管脚连接。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：将在A线脉冲信号输出管脚通过调理模块与中断管脚连接，通过调理模块将脉冲信号转换为电平信号；当A线的电平信号处于上升沿时，则触发中断，通过判断此时的B线电平信号，从而判断出水表正转或反转，可不需要检测至少一个完整的跳变周期，只要有上升沿产生，即可触发中断进行计量，减少小流量测量时产生的误差，提高计量准确性。

进一步地，所述微控制器还包括第一AD管脚和第二AD管脚，所述传感器的A线脉冲信号输出管脚还通过所述调理模块与所述微控制器的第一AD管脚连接，所述传感器的B线脉冲信号输出管脚还通过所述调理模块与所述微控制器的第二AD管脚连接。

由上述描述可知，通过AD管脚采集A线电压和B线电压，可判断出开路、短路或磁干扰等其他状态。

进一步地，所述微控制器还包括检测管脚，所述微控制器的检测管脚通过调理模块分别与所述传感器的A线脉冲信号输出管脚和B线脉冲信号输出管脚连接。

由上述描述可知，当需要检测传感器信号时，微控制器通过检测管脚输出高电平。

进一步地，所述传感器还包括第一电源管脚，所述微控制器还包括第二电源管脚，所述传感器的第一电源管脚通过所述调理模块与所述微控制器的第二电源管脚连接。

由上述描述可知，通过互相连接电源管脚，微控制器可为传感器提供电源；同时，为了防止传感器内部为霍尔探测针提供工作机制的时钟源产出动态漂移，需要定期进行一次开关复位动作，微控制器可通过电源管脚输出复位信号。

进一步地，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻的一端与所述传感器的A线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的中断管脚连接；所述第二电阻的一端与所述传感器的B线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的GPIO管脚连接。

进一步地，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；所述第一电阻的一端与所述传感器的A线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的第一AD管脚连接；所述第二电阻的一端与所述传感器的B线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的第二AD管脚连接；所述第一电容的一端连接第一AD管脚，另一端接地；所述第二电容的一端连接第二AD管脚，另一端接地。

进一步地，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一静电阻抗器和第二静电阻抗器，所述A线脉冲信号输出管脚、第一电阻、第三电阻和检测管脚依次连接；所述B线脉冲信号输出管脚、第二电阻、第四电阻和检测管脚依次连接；所述第一静电阻抗器的一端连于所述第一电阻和第三电阻之间，另一端接地；所述第二静电阻抗器的一端连于所述第二电阻和第四电阻之间，另一端接地。

进一步地，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第五电阻、第三电容和第三静电阻抗器；所述第五电阻的一端与所述传感器的第一电源管脚连接，另一端与所述微控制器的第二电源管脚连接；所述第三电容的一端连接所述第一电源管脚，另一端接地；所述第三静电阻抗器的一端连接第二电源管脚，另一端接地。

由上述描述可知，通过调理电路，可进行阻抗匹配和电压信号的转换，将脉冲信号转换为电平信号和电压信号，还可以控制传感器的开关；其中，静电阻抗器可防止静电危害，保护器件。

进一步地，所述传感器为环型卡扣式传感器。

由上述描述可知，采用环型卡扣式传感器作为传感器，安装、拆卸方便且安装牢固。

进一步地，所述微控制器为PIC单片机。

由上述描述可知，采用PIC单片机作为微控制器可以使电路做的很小巧，且工作效率高，还可灵活的适应不同的控制要求。

实施例一

请参照图3，本实用新型的实施例一为：一种基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，可应用于有源发讯水表脉冲信号计量，包括依次连接的传感器1、调理模块2和微控制器3，所述传感器1包括A线脉冲信号输出管脚11和B线脉冲信号输出管脚12，所述微控制器3包括中断管脚31和GPIO管脚32，所述传感器1的A线脉冲信号输出管脚11通过所述调理模块2与所述微控制器3的中断管脚31连接，所述传感器1的B线脉冲信号输出管脚12通过所述调理模块2与所述微控制器3的GPIO管脚32连接。

所述微控制器3还包括检测管脚35，所述微控制器3的检测管脚35通过调理模块2分别与所述传感器1的A线脉冲信号输出管脚11和B线脉冲信号输出管脚12连接。所述检测管脚35通过GPIO信号控制，当不考虑功耗问题时，可以以固定高电平输出；当必须考虑系统功耗时，可以以固定周期输出高低电平。当需要检测传感器1的信号时，则输出高电平。

所述传感器1还包括第一电源管脚13，所述微控制器3还包括第二电源管脚36，所述传感器1的第一电源管脚13通过所述调理模块2与所述微控制器3的第二电源管脚36连接。通过互相连接电源管脚，微控制器3可为传感器1提供电源；同时，为了防止传感器1内部为霍尔探测针提供工作机制的时钟源产出动态漂移，需要定期进行一次开关复位动作，微控制器3可通过第二电源管脚36输出复位信号至传感器1；可选地，复位信号每个月输出一次。

优选地，所述传感器1为环型卡扣式传感器。

优选地，所述微控制器3为PIC单片机。

图4为对应本实施例系统的方法，包括如下步骤：

S1：系统初始化；所述系统初始化包括微控制器初始化、IO接口初始化、AD初始化、中断初始化等，即对微控制器的管脚进行配置，并进行中断源的设定；该方法中，中断源即为A线电平信号处于上升沿。

S2：传感器检测水表，得到A线脉冲信号和B线脉冲信号；

S3：传感器通过调理模块将所述A线脉冲信号和B线脉冲信号发送至微控制器，通过调理模块将脉冲信号转换为电平信号后发送至微控制器，微控制器获取对应的A线电平信号和B线电平信号。

S4：判断当前时间是否为预设的检测时间，若是，则执行步骤S5，若否，则执行步骤S10。

S5：微控制器输出高电平信号。

S6：判断A线电平信号是否为高电平信号，若否，则表示A线电平信号为低电平信号，执行步骤S7，若是，则A线电平信号为高电平信号，触发中断，执行步骤S11。

S7：判断A线电平信号是否首次为低电平信号，若是，则执行步骤S8，若否，则执行步骤S10。

S8：打开外部中断并清除外部中断标志位。

S9：清除A线首次低电平标志位并置起A线首次高电平标志位；执行步骤S10。

S10：微控制器输出低电平信号，执行步骤S4。

S11：判断A线电平信号是否首次为高电平信号，若是，则执行步骤S12，若否，则执行步骤S4。

S12：关闭外部中断并清除外部中断标志位。

S13：置起A线首次低电平标志位并清除A线首次高电平标志位。

S14：判断B线电平信号是否为低电平信号，若是，则执行步骤S15，若否，则执行步骤S16。

S15：判定所述水表正转。

S16：判定所述水表反转。

S17：保存所述水表正转和反转的计量数据；执行步骤S10。

在本实施例中，只要有上升沿产生，即可触发中断进行计量，可避免遗漏对小流量脉冲信号的测量而产生误差，提高计量准确性。

实施例二

请参照图5，本实施例为实施例一的进一步拓展，相同之处不再累述；区别之处在于：

所述微控制器3还包括第一AD管脚33和第二AD管脚34，所述传感器1的A线脉冲信号输出管脚11还通过所述调理模块2与所述微控制器3的第一AD管脚33连接，所述传感器1的B线脉冲信号输出管脚12还通过所述调理模块2与所述微控制器3的第二AD管脚34连接。

图6为对应本实施例系统的方法，在实施例一的步骤S5之后还包括如下步骤：

S18：微控制器根据所述A线脉冲信号和B线脉冲信号，得到对应的A线电压和B线电压。

S19：判断A线电压是否大于预设的开路阈值，若是，则执行步骤S20，若否，则执行步骤S21。

S20：判定A线开路；进一步分析造成开路的原因是否为传感器与水表脱落。

S21：判断A线电压是否小于预设的短路阈值，若是，则执行步骤S22，若否，则执行步骤S23。

S22：判定A线短路。

S23：判断B线电压是否大于预设的开路阈值，若是，则执行步骤S24，若否，则执行步骤S25。

S24：判定B线开路。

S25：判断B线电压是否小于预设的短路阈值，若是，则执行步骤S26，若否，则执行步骤S27。

S26：判定B线短路。

S27：判断B线电压是否大于等于预设的第一干扰阈值且小于等于预设的第二干扰阈值，即是否处于一个闭区间，若是，则执行步骤S28，若否，则执行步骤S10；优选地，所述第一干扰阈值为0.3V，所述第二干扰阈值为1.5V。

S28：判定存在磁干扰。

本实施通过微控制器AD采集A、B两路的电压值来判断水表和传感器开路、短路、磁干扰等状态，为供水企业监控中心提供完整的有源发讯水表的远程监控。

实施例三

请参照图7，本实施例是实施例一和实施例二中调理模块的一种具体实现方式。

所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一电阻R1的一端与所述传感器的A线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的中断管脚连接；所述第二电阻R2的一端与所述传感器的B线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的GPIO管脚连接。

所述调理模块还包括第一电容C1和第二电容C2；所述微控制器的第一AD管脚通过第一电阻R1与所述A线脉冲信号输出管脚连接；所述微控制器的第二AD管脚通过第二电阻R2与所述B线脉冲信号输出管脚连接；所述第一电容C1的一端连接第一AD管脚，另一端接地；所述第二电容C2的一端连接第二AD管脚，另一端接地。

所述调理电路还包括第三电阻R3、第四电阻R4、第一静电阻抗器ESD1和第二静电阻抗器ESD2，所述检测管脚通过第三电阻R3与第一电阻R1连接；所述检测管脚还通过第四电阻R4与第二电阻R2连接；所述第一静电阻抗器ESD1的一端连于所述第一电阻R1和第三电阻R3之间，另一端接地；所述第二静电阻抗器ESD2的一端连于所述第二电阻R2和第四电阻R4之间，另一端接地。

所述调理电路还包括第五电阻R5、第三电容C3和第三静电阻抗器ESD3；所述第五电阻R5的一端与所述传感器的第一电源管脚连接，另一端与所述微控制器的第二电源管脚连接；所述第三电容C3的一端连接所述第一电源管脚，另一端接地；所述第三静电阻抗器ESD3的一端连接第二电源管脚，另一端接地。

所述传感器还包括接地管脚，所述接地管脚接地。

综上所述，本实用新型提供的一种基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，将在A线脉冲信号输出管脚通过调理模块与中断管脚连接，通过调理模块将脉冲信号转换为电平信号；当A线的电平信号处于上升沿时，则触发中断，通过判断此时的B线电平信号，从而判断出水表正转或反转，可不需要检测至少一个完整的跳变周期，只要有上升沿产生，即可触发中断进行计量，减少小流量测量时产生的误差，提高计量准确性；通过AD管脚采集A线电压和B线电压，可判断出开路、短路或磁干扰等其他状态；通过互相连接电源管脚，微控制器可为传感器提供电源；同时，为了防止传感器内部为霍尔探测针提供工作机制的时钟源产出动态漂移，需要定期进行一次开关复位动作，微控制器可通过电源管脚输出复位信号；通过调理电路，可进行阻抗匹配和电压信号的转换，将脉冲信号转换为电平信号和电压信号，还可以控制传感器的开关；其中，静电阻抗器可防止静电危害，保护器件。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，其特征在于，包括依次连接的传感器、调理模块和微控制器，所述传感器包括A线脉冲信号输出管脚和B线脉冲信号输出管脚，所述微控制器包括中断管脚和GPIO管脚，所述传感器的A线脉冲信号输出管脚通过所述调理模块与所述微控制器的中断管脚连接，所述传感器的B线脉冲信号输出管脚通过所述调理模块与所述微控制器的GPIO管脚连接。

2.根据权利要求1所述的基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，其特征在于，所述微控制器还包括第一AD管脚和第二AD管脚，所述传感器的A线脉冲信号输出管脚还通过所述调理模块与所述微控制器的第一AD管脚连接，所述传感器的B线脉冲信号输出管脚还通过所述调理模块与所述微控制器的第二AD管脚连接。

3.根据权利要求1所述的基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，其特征在于，所述微控制器还包括检测管脚，所述微控制器的检测管脚通过调理模块分别与所述传感器的A线脉冲信号输出管脚和B线脉冲信号输出管脚连接。

4.根据权利要求1所述的基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，其特征在于，所述传感器还包括第一电源管脚，所述微控制器还包括第二电源管脚，所述传感器的第一电源管脚通过所述调理模块与所述微控制器的第二电源管脚连接。

5.根据权利要求1所述的基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，其特征在于，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻的一端与所述传感器的A线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的中断管脚连接；所述第二电阻的一端与所述传感器的B线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的GPIO管脚连接。

6.根据权利要求2所述的基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，其特征在于，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；所述第一电阻的一端与所述传感器的A线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的第一AD管脚连接；所述第二电阻的一端与所述传感器的B线脉冲信号输出管脚连接，另一端与所述微控制器的第二AD管脚连接；所述第一电容的一端连接第一AD管脚，另一端接地；所述第二电容的一端连接第二AD管脚，另一端接地。

7.根据权利要求3所述的基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，其特征在于，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一静电阻抗器和第二静电阻抗器，所述A线脉冲信号输出管脚、第一电阻、第三电阻和检测管脚依次连接；所述B线脉冲信号输出管脚、第二电阻、第四电阻和检测管脚依次连接；所述第一静电阻抗器的一端连于所述第一电阻和第三电阻之间，另一端接地；所述第二静电阻抗器的一端连于所述第二电阻和第四电阻之间，另一端接地。

8.根据权利要求4所述的基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，其特征在于，所述调理模块包括调理电路，所述调理电路包括第五电阻、第三电容和第三静电阻抗器；所述第五电阻的一端与所述传感器的第一电源管脚连接，另一端与所述微控制器的第二电源管脚连接；所述第三电容的一端连接所述第一电源管脚，另一端接地；所述第三静电阻抗器的一端连接第二电源管脚，另一端接地。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，其特征在于，所述传感器为环型卡扣式传感器。

10.根据权利要求1-8任一项所述的基于中断和AD采样的水表脉冲信号计量系统，其特征在于，所述微控制器为PIC单片机。