CN212484578U - 一种电源总线载波数字信号的智能燃气表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电源总线载波数字信号的智能燃气表，包括：燃气表体和控制器；所述控制器包括总线、稳压电路、处理器、阀门电机和通讯电路。本实用新型提供的电源总线载波数字信号的智能燃气表，杜绝燃气泄漏，用户使用燃气安全性高，且系统结构简单、功能独特、巧妙。

Description

一种电源总线载波数字信号的智能燃气表

技术领域

本发明涉及一种电源总线载波数字信号的智能燃气表，属于燃气设备技术领域。

背景技术

现有的智能燃气表，如IC卡智能燃气表、无线通信抄表型智能燃气表或有线通信抄表型智能燃气表，都没有用户自主设定燃气使用时间，来操控、关断智能燃气表输出燃气的功能；而且现有的IC卡智能燃气表、抄表型智能燃气表都可以独立的安装在燃气管路上供燃气灶台、热水器使用燃气；并且现有的IC卡智能燃气表或抄表型智能燃气表在正常使用过程中智能燃气表内置的阀门是常开的输出燃气，而智能燃气表输出的燃气管道连接的灶台、热水器内部常处在通有燃气的状态；正因为现有的智能燃气表输出的燃气管道连接的灶台、热水器内部常处在通有燃气的状态，使得燃气表输出连接的燃气管、灶台、热水器内部始终存在燃气压力；因此该多处极容易出现燃气泄漏，另外，在用户使用燃气灶操作不当，燃气灶质量问题等，都会出现燃气泄漏进而可能引起爆炸。

本发明人发明公开了一种《无线通讯智能燃气表控制器及其控制方法》，（申请公布号 CN 104199388 A）；该专利技术是无线通讯智能燃气表控制器，也就是专门针对一种无线通讯网桥而申报的专利，而对应的DCPL-Bus总线的智能燃气表，其总线上载波的信号是模拟信号。

本发明人发明的DCPL-Bus总线载波通信方式有两种形式：一种是电源总线载波信号是模拟信号，其两台计算机或微处理电路的通信电路中都需要调制解调器，该总线通信方式的优点是通信距离长，但电路成本高。

发明内容

本发明要解决技术问题是：克服上述IC卡智能燃气表、无线通信抄表型智能燃气表或有线通信抄表型智能燃气表，所采用传统的燃气表中设计的智能电路技术，都没有用户每次使用燃气都要自主设定燃气使用时间操控、关断智能燃气表输出燃气的功能及技术，本发明的智能燃气表提供一种能够通过网络设定，使得在非使用时段内智能燃气表的内置阀门处在常闭关断状态。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种电源总线载波数字信号的智能燃气表，包括：燃气表体和控制器；所述控制器包括总线接口、稳压电路、处理器、阀门电机和通讯电路；所述总线接口能够连接网桥的总线，所述总线是网桥提供的直流电源上载波有数字信号的总线；所述总线通过所述稳压电路为所述处理器、阀门电机和通讯电路供电；所述处理器驱动所述阀门电机进行动作；所述阀门电机驱动所述燃气表体的阀门，以开启或关闭所述燃气表体的燃气通道；所述通讯电路包括数字电流调制电路和数字电压调制电路；所述数字电流调制电路包括第一三极管、第二三极管、第一电阻、第一电容、第三二极管和第四电阻；所述总线接口的正极连接所述第一三极管的集电极，所述第一三极管的基极连接所述第二三极管的集电极，所述第二三极管的发射极连接所述稳压电路的输出的正极，所述第二三极管的基极依次串联所述第三二极管、第四电阻后连接所述处理器的第一通讯引脚，所述第一三极管的发射极通过所述第一电阻连接所述总线接口的负极，所述第一电阻并联所述第一电容；所述数字电压调制电路包括第三三极管、第四三极管、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第七电容和第八电容；所述总线接口的正极通过所述第五电阻连接所述第三三极管的基极，所述第三三极管的发射极通过反向串联的第四二极管连接电源正极，所述第三三极管的集电极连接所述第四三极管的基极，所述第四三极管的基极还通过第七电阻连接电源负极，所述第四三极管的集电极连接所述处理器的第二通讯引脚，所述第四三极管的集电极还通过第八电阻连接所述稳压电路的输出的正极，所述第四三极管的发射极连接电源负极，所述第三三极管的基极与电源负极之间连接有所述第六电阻，所述第六电阻并联所述第七电容，所述第四三极管的集电极与电源负极之间连接有所述第八电容。

上述方案进一步的改进在于：所述稳压电路包括超级电容和稳压芯片；所述稳压芯片的输入端通过第一限流电阻连接所述总线接口的正极；所述稳压芯片的输出端依次串联第二限流电阻、第二二极管连接所述超级电容的正极；所述超级电容的负极连接所述总线接口的负极；所述超级电容的正极和负极即为所述稳压电路的输出的正极和负极。

上述方案进一步的改进在于：所述总线接口能够连接DCPL-Bus总线，并通过DCPL-Bus总线和网桥进行网络连接。

上述方案进一步的改进在于：所述智能燃气表能够通过网桥无线NB-IoT或WiFi网络连接至燃气管理单位。

上述方案进一步的改进在于：所述处理器还连接有显示器、存储芯片和燃气计量传感器。

上述方案进一步的改进在于：所述智能燃气表能够通过网桥设定燃气使用时间。

上述方案进一步的改进在于：用户通过网络设定燃气使用时间，才能开启智能燃气表的阀门，并在设定的时间区间内使用燃气，超出设定的时间区间时智能燃气表的阀门则关闭。

本发明提供的电源总线载波数字信号的智能燃气表，通过数字电压调制电路、数字电流调制电路与总线连接，进而通过总线与无线通信网桥相连接，从而实现通过互联网的半双工通信，从而实现燃气用户通过无线通信设定燃气使用时间，才能开启智能燃气表内置的常闭电动阀门使用燃气的功能；设定时间倒计时完成时智能燃气表的阀门会自动关闭。更进一步的，通过无线通信网桥可实现远程网络化管理、监管控制智能燃气表内置的常闭电动阀门，杜绝燃气泄漏，用户使用燃气安全性高，且系统结构简单、功能独特、巧妙。本发明提供的智能燃气表中电源总线载波信号是数字信号，其两台计算机或通信通电路中不需要调制解调器，优点是成本低，但通信距离短。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个优选的实施例正视结构示意图。

图2是图1的侧视结构示意图。

图3是本发明一个优选的实施例的电路结构示意图。

图4是智能燃气表和无线通信网桥相连接的物联网示意图。

具体实施方式

实施例

本实施例的电源总线载波数字信号的智能燃气表，如图1和图2所示，包括：燃气表体10和控制器；其中，燃气表体10与现有技术类似，均具有阀门50、燃气进口、燃气出口和机械式表盘20。燃气表体10的燃气进口安装在进户的燃气管道上，由于内置的阀门50处在平时关断状态，燃气表体10的燃气出口平时是没有燃气输出的，所以燃气管连接的燃气灶台、热水器平时处在没有燃气无法使用状态；机械式表盘20是燃气计量的十进制机械数码滚轮。

如图3，控制器包括总线接口JK、稳压电路、处理器IC1、阀门电机MD和通讯电路；总线接口JK能够连接网桥的总线；总线通过稳压电路为处理器IC1、阀门电机MD和通讯电路供电

处理器IC1通过驱动电路IC7驱动阀门电机MD进行动作；阀门电机MD驱动燃气表体10的阀门50，以开启或关闭燃气表体10的燃气通道。

通讯电路包括电源数字电流调制电路和数字电压调制电路。总线接口JK能够连接DCPL-Bus总线；DCPL-Bus总线载波的是数字信号（逻辑信号）；通讯电路通过DCPL-Bus总线和与DCPL-Bus总线连接的网桥进行网络连接。具体的一种DCPL-Bus总线上载波是模拟信号（正弦波信号），规格参考《具有多种链路总线的无线通讯网桥装置》（申请公布号 CN102014523 A）或《无线通讯智能燃气表控制器及其控制方法》（申请公布号 CN 104199388A）。

通过设置，可以实现只有无线通信网桥通过DCPL-Bus总线与智能燃气表的DCPL-Bus总线接口相连接，智能燃气表的DCPL-Bus总线接口也就是电源接口，而且用户通过无线通信网桥设定燃气使用时间，智能燃气表阀门才能开启，并在设定时间区间内使用燃气。

更进一步的，智能燃气表通过DCPL-Bus总线与无线通信网桥相连，并通过网桥NB-IoT无线通信或家庭WiFi网与城市燃气管理中心进行联网，进而构建城市物联网监管的燃气用户安全使用服务平台。如图4所示，智能燃气表和无线通信网桥相连接的物联网示意图；安装在每个燃气用户中的智能燃气表100、无线通信网桥200和远程城市燃气管理信息中心相连接；每个燃气用户中的智能燃气表100，通过DCPL-Bus总线连接无线通信网桥200，而且燃气用户通过无线通信网桥200上的键盘设定燃气使用时间，才能开启智能燃气表100内置的常闭电动阀门，并在设定的时间区间内使用燃气。在本实施例中，无线通信网桥200用户可以通过键盘设定使用燃气时间，开启智能燃气表100的阀门50使用燃气，设定时间倒计数完成时智能燃气表100的阀门50会自动关闭，处在常闭状态；无线通信网桥200、智能燃气表100、燃气用户三者相关联时，用户通过设定使用燃气时间才能使用本发明的智能燃气表。例如，通过设置，允许用户设定使用时间范围为15分钟、30分钟、1小时、最大设定2小时。

数字电流调制电路包括三极管T1、三极管T2、电阻R1、电容C1、二极管D3和电阻R4；总线接口JK的正极串联保护二极管D0后连接三极管T1的集电极，三极管T1的基极连接三极管T2的集电极，三极管T2的发射极连接电源正极，三极管T2的基极依次串联二极管D3、电阻R4后连接处理器IC1的通讯引脚TXD，三极管T1的发射极通过电阻R1连接总线接口JK的负极，R1电阻并联电容C1。

数字电压调制电路包括三极管T3、三极管T4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C7和电容C8等；总线接口JK的正极通过保护二极管D0后，再通过电阻R5连接三极管T3的基极，三极管T3的发射极通过反向串联的二极管D4连接电源正极，三极管T3的集电极连接三极管T4的基极，三极管T4的基极还通过电阻R7连接电源负极，三极管T4的集电极连接处理器IC1的通讯引脚RXD，三极管T4的集电极还通过电阻R8连接电源正极，三极管T4的发射极连接电源负极，三极管T3的基极与电源负极之间连接有电阻R6，电阻R6并联电容C7，三极管T4的集电极与电源负极之间连接有电容C8。

处理器的IC1的UART通信串口TXD通过电阻R4、二极管D3、三极管T2、三极管T1、电阻R1、电容C1组成数字电流型调制通信电路，再经DCPL-Bus总线接口及DCPL-Bus总线被无线通信网桥所接收；无线通信网桥发出的数字电压型调制通信信号经DCPL-Bus总线及DCPL-Bus总线接口，经电阻R5-R8、电容C7-C8、三极管T3-T4、二极管D4组成的数字电压调制接收电路，由三极管T4集电极输出接入UART通信串口的RXD端，完成无线通信网桥和处理器的IC1半双工通信；从而简化电路结构，提高稳定性和安全性，同时，实现智能燃气表的联网，并通过半双工通信，实现数字信息的上行和下行。

通过数字电流调制电路和数字电压调制电路完成无线通信网桥和智能燃气表半双工通信；DCPL-Bus接口或DCPL-Bus总线是一种由无线通信网桥提供直流电源给智能燃气表供电，同时两线制正负电源线也是无线通信网桥和智能燃气表之间的数字通信线路。

稳压电路包括超级电容C4和稳压芯片IC8；稳压芯片IC8的输入端通过限流电阻R0连接总线接口JK的正极(由于设置了保护二极管D0，因此，需连接在保护二极管D0的负极)；稳压芯片IC8的输出端依次串联限流电阻R2、二极管D2连接超级电容C4的正极；超级电容C4的负极连接总线接口JK的负极；超级电容C4的正极和负极即为稳压芯片IC8输出的正极和负极。稳压芯片IC8，采用输出为3.7V的三端稳压电路芯片；其接地端同样与超级电容C4、总线接口JK的负极连接在一起。超级电容C4是耐压5.5V的法拉超级电容器。本实施例通过总线提供的电量进行工作。稳压电路还根据需求，在稳压芯片IC8的输入和输出设置滤波电容；并在总线接口JK处设置双向限压二极管D1等进行滤波稳压等常规设置。

由处理器IC1的P0.1端的高低电平判断DCPL-Bus总线是否开路，若DCPL-Bus总线是开路，处理器IC1的P0.1端和连接电阻R9的I/O端同时为低电平，此时由超级电容C4暂时提供电源VCC，处理器IC1在3秒内快速启动阀门电机关闭智能燃气表的阀门，使得智能燃气表无法输出燃气，进而智能燃气表输出连接的燃气灶和热水器无法获得燃气也就无法使用。

处理器IC1还连接有显示器IC4、存储芯片IC3和燃气量传感器。其中显示器IC4采用SPI接口或采用I80(MCU)接口的LCD显示器件，其中LCD显示器件自燃气表体10的开窗30处露出。存储芯片IC3采用I2C总线数字存储芯片。燃气计量传感器则使用第一霍尔传感器IC5和第二霍尔传感器IC6实现，第一霍尔传感器IC5和第二霍尔传感器IC6采用低功耗感应磁场NS极的开关型霍尔电路芯片。第一霍尔传感器IC5和第二霍尔传感器IC6是一种感应小磁铁NS极开关型霍尔电路芯片；小磁铁是安装在燃气表体10初级计量输出转轴上或计数滚轮上，由第一霍尔传感器IC5和第二霍尔传感器IC6感应小磁铁NS极旋转磁场信号，并将旋转磁场信号转换成电脉冲信号，由处理器IC1进行电子计数计量。

处理器IC1通过电机驱动芯片IC7驱动阀门电机，电机驱动芯片IC7采用LG9110驱动电路。

处理器IC1具有多个I/O端口，选择2个I/O端口连接电机驱动芯片IC7的IA、IB端脚，控制阀门电机MD的正、反旋转控制阀门的开启、关断；选择另外2个I/O端口连接双联限位微动开关XW，双联限位微动开关XW与阀门的开启、关闭相关联，限定阀门开启和关闭的极限位置。选择另1个I/O端口通过电阻R9判断三极管T4集电极的高低电平识别DCPL-Bus接口是否通过DCPL-Bus总线连接无线通信网桥供电。

处理器IC1选用51系列的低功耗8位微处理器，并根据需要设置必要的晶振Z1、复位芯片IC2等。

燃气用户在每次使用燃气时必须设定使用时间，如：15分钟、30分钟、1个小时，最大设定时间2小时，才能开启智能燃气表在设定的时间内倒计时使用燃气，而且在设定的时间内倒计时归零后智能燃气表自动关闭燃气阀门；具有此功能的智能燃气表需要用户每一次使用燃气，必须设定使用时间才能开启智能燃气表，若用户没有设定燃气使用时间智能燃气表的阀门是常闭关断状态没有燃气输出，而连接在智能燃气表输出燃气管道上的燃气灶台、热水器也就无法使用。

本实施例的电源总线载波数字信号的智能燃气表，是提供一种能够通过网络设定，使得在非使用时段内智能燃气表的内置阀门处在常闭关断状态。具有如下特征：

1、由于智能燃气表在家庭厨房中安装方式有不同方式，有壁挂式、灶台内部安装方式，使得用户无法直接在智能燃气表上设计键盘操作设定燃气使用时间；本发明的智能燃气表采用DCPL-Bus总线和家庭无线通信网桥相连接，通过无线通信网桥上的键盘进行操作设定燃气使用时间。

2、无线通信网桥键盘上设定燃气使用时间的参数通过DCPL-Bus总线传送给本实施例的智能燃气表；而本实施例的智能燃气表只是一种自身不带电源（如，不安装电池）的智能执行机构的燃气表，进而保障该智能燃气表的阀门在自身无电源状态下长期可靠的处在关断状态，即本实施例的智能燃气表不能单独使用。

3、为了防止用户私下违章操作，在本实施例的智能燃气表接口总线上私下通电也无法开启智能燃气表内置的电动阀门，以及为了降低智能电路成本，本实施例的DCPL-Bus总线载波通信方式不采用价格比较贵的调制解调器芯片（如MSM7512 或 AMIS-49587、NCN49597 调制解调器芯片），即不采用处理器的通信数字信号转换成模拟信号，而这模拟信号通过电源总线载波被另一端的无线通信网桥的调制解调器接收，并转换成无线通信网桥中微处理芯片可收发的数字通信信号；而是采用专门设计的非芯片化的低成本晶体管电路，将智能燃气表中微处理芯片IC1的串口通信数字信号载波在电源总线上，直接通过电源总线被另一端的无线通信网桥中微处理芯片的通信串口进行接收、发送的数字通信信号，也就是说该技术方案是本发明技术的主要特征。

综上，通过实施例提供的智能燃气表，经无线通信网桥200可以通过的NB-IoT移动无线通信平台或家庭WiFi网与城市燃气管理信息中心进行联网，进而构建城市物联网监管的燃气用户安全使用服务平台，实现远程监控智能燃气表及网络服务燃气用户，也能有效避免因未关闭燃气阀门而造成燃气泄漏引起爆炸火灾等事故的发生，进一步提高燃气使用的安全性。

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种电源总线载波数字信号的智能燃气表，其特征在于，包括：燃气表体和控制器；所述控制器包括总线接口、稳压电路、处理器、阀门电机和通讯电路；所述总线接口能够连接网桥的总线，所述总线是网桥提供的直流电源上载波有数字信号的总线；所述总线通过所述稳压电路为所述处理器、阀门电机和通讯电路供电；所述处理器驱动所述阀门电机进行动作；所述阀门电机驱动所述燃气表体的阀门，以开启或关闭所述燃气表体的燃气通道；所述通讯电路包括数字电流调制电路和数字电压调制电路；所述数字电流调制电路包括第一三极管、第二三极管、第一电阻、第一电容、第三二极管和第四电阻；所述总线接口的正极连接所述第一三极管的集电极，所述第一三极管的基极连接所述第二三极管的集电极，所述第二三极管的发射极连接所述稳压电路的输出的正极，所述第二三极管的基极依次串联所述第三二极管、第四电阻后连接所述处理器的第一通讯引脚，所述第一三极管的发射极通过所述第一电阻连接所述总线接口的负极，所述第一电阻并联所述第一电容；所述数字电压调制电路包括第三三极管、第四三极管、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第七电容和第八电容；所述总线接口的正极通过所述第五电阻连接所述第三三极管的基极，所述第三三极管的发射极通过反向串联的第四二极管连接电源正极，所述第三三极管的集电极连接所述第四三极管的基极，所述第四三极管的基极还通过第七电阻连接电源负极，所述第四三极管的集电极连接所述处理器的第二通讯引脚，所述第四三极管的集电极还通过第八电阻连接所述稳压电路的输出的正极，所述第四三极管的发射极连接电源负极，所述第三三极管的基极与电源负极之间连接有所述第六电阻，所述第六电阻并联所述第七电容，所述第四三极管的集电极与电源负极之间连接有所述第八电容。

2.根据权利要求1所述的电源总线载波数字信号的智能燃气表，其特征在于：所述稳压电路包括超级电容和稳压芯片；所述稳压芯片的输入端通过第一限流电阻连接所述总线接口的正极；所述稳压芯片的输出端依次串联第二限流电阻、第二二极管连接所述超级电容的正极；所述超级电容的负极连接所述总线接口的负极；所述超级电容的正极和负极即为所述稳压电路的输出的正极和负极。

3.根据权利要求1所述的电源总线载波数字信号的智能燃气表，其特征在于：所述总线接口能够连接DCPL-Bus总线，并通过DCPL-Bus总线和网桥进行网络连接。

4.根据权利要求3所述的电源总线载波数字信号的智能燃气表，其特征在于：所述智能燃气表能够通过网桥无线NB-IoT或WiFi网络连接至燃气管理单位。

5.根据权利要求1所述的电源总线载波数字信号的智能燃气表，其特征在于：所述处理器还连接有显示器、存储芯片和燃气计量传感器。

6.根据权利要求1所述的电源总线载波数字信号的智能燃气表，其特征在于：所述智能燃气表能够通过网桥设定燃气使用时间。

7.根据权利要求6所述的电源总线载波数字信号的智能燃气表，其特征在于：用户通过网络设定燃气使用时间，才能开启智能燃气表的阀门，并在设定的时间区间内使用燃气，超出设定的时间区间时智能燃气表的阀门则关闭。

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