CN213717659U - 一种基于太阳能供电的抄表设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能燃气抄表技术领域，具体公开了一种基于太阳能供电的抄表设备，包括主控制器、电源管理电路一、电源管理电路二、电池一、电池二、4G模块、LORA模块、主供电电路以及太阳能板，其中，主控制器分别与电源管理电路一、电源管理电路二、电池一、电池二、4G模块、LORA模块、主供电电路连接，主供电电路分别与电源管理电路一、电源管理电路二、电池一、电池二、4G模块、LORA模块连接，太阳能板分别与电源管理电路一和电源管理电路二连接，电源管理电路一和电池一连接，电源管理电路二和电池二连接。本实用新型提供的基于太阳能供电的抄表设备，其结构紧凑，能有效满足燃气抄表设备的长期工作使用要求。

Description

一种基于太阳能供电的抄表设备

技术领域

本实用新型涉及智能燃气抄表技术领域，更具体地，涉及一种基于太阳能供电的抄表设备。

背景技术

目前，随着科学技术的不断提高，居民社区逐渐向智能化、数字化方向发展，近年来，智能无线燃气表走近了千家万户，随之智能燃气抄表设备也越来越多地被应用到居民社区中。

目前传统的智能燃气抄表设备采用交流电或电池供电，有些社区不能提供交流电源供电，有的虽然提供交流电源但走线布线十分不便，电池供电则没有持续性需经常更换电池，难以满足目前小区智能抄表设备长期稳定在线使用的要求。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于太阳能供电的抄表设备，其结构紧凑，能有效满足燃气抄表设备的长期工作使用要求，适应范围广，降低使用成本，安全可靠。

作为本实用新型的第一个方面，提供一种基于太阳能供电的抄表设备，包括主控制器、电源管理电路一、电源管理电路二、电池一、电池二、4G模块、LORA模块、主供电电路以及太阳能板，其中，所述主控制器分别与所述电源管理电路一、电源管理电路二、电池一、电池二、4G模块、LORA模块、主供电电路连接，所述主供电电路分别与所述电源管理电路一、电源管理电路二、电池一、电池二、4G模块、LORA模块连接，所述太阳能板分别与电源管理电路一和电源管理电路二连接，所述电源管理电路一和电池一连接，所述电源管理电路二和电池二连接。

进一步地，所述电源管理电路一和电源管理电路二均包括电源管理芯片U21、NMOS管Q4、第一电容C70、第二电容C73、第三电容C76、第四电容C79、第一电阻R82、第二电阻R84、第三电阻R87、第四电阻R88、第五电阻R89、第六电阻R92、第七电阻R93、第八电阻R94、第九电阻R95、第十电阻R96、热敏电阻R85、电感L9、二极管D13、第一发光二极管LED7以及第二发光二极管LED8；其中，所述电源管理电路的VIN1端接所述太阳能板；所述第一电容C70的一端接地，另一端接所述第一电阻R82，所述第一电阻R82的另一端接所述VIN1端；所述二极管D13的一端连接所述VIN1端，另一端连接所述第九电阻R95；所述第二电容C73的一端接地，另一端接所述电源管理芯片U21的VCC引脚；所述第六电阻R92的一端接所述NMOS管Q4，另一端接地；所述VIN1端经过所述第四电阻R88和第五电阻R89分压后接入到所述电源管理芯片U21的MPPSET引脚；所述VIN1端经过所述第七电阻R93和第一发光二极管LED7接入到所述电源管理芯片U21的STAT1引脚；所述VIN1端经过所述第八电阻R94和第二发光二极管LED8接入到所述电源管理芯片U21的STAT2引脚；所述电源管理芯片U21的VREF引脚经过所述第二电阻R84和第三电阻R87分压后，通过所述热敏电阻R85接到所述电源管理芯片U21的TS引脚；所述电源管理芯片U21的PH引脚经过由所述电感L9、第三电容C76、第四电容C79以及第十电阻R96组成的滤波电路后，输出到可充电锂电池的电池座的1引脚。

进一步地，所述电源管理电路一和电源管理电路二均包括电阻R103、PMOS管VT2、第一NPN三极管VT1以及第二NPN三极管VT7，VBATT1_EN引脚经过所述第二NPN三极管VT7、第一NPN三极管VT1、电阻R103接入所述PMOS管VT2的栅极。

进一步地，所述主控制器为具有ADC功能的单片机，型号为STM32L071RB。

进一步地，所述电池一和电池二均为满电4.2V的可充电锂离子电池。

进一步地，所述4G模块的型号为SIM7600CE。

进一步地，所述LORA模块的型号为LSD4RF-2F717N10。

进一步地，所述主供电电路包括型号为HT7830的LDO芯片及其外围电路。

进一步地，所述太阳能板的型号为DJB-18V100WK。

进一步地，所述电源管理电路一和电源管理电路二均包括型号为BQ24650的芯片及其外围电路。

本实用新型提供的基于太阳能供电的抄表设备具有以下优点：采用太阳能供电的方式，一个电池充电，一个电池放电，根据两个电池电量情况进行切换，提高太阳能的利用率；而且，太阳能供电的抄表设备选址方便，不用考虑交流电源和走线问题，有效满足抄表设备的长期使用要求，其结构紧凑，节能环保，施工方便，适应范围广，降低使用成本，安全可靠。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。

图1为本实用新型提供的基于太阳能供电的抄表设备的结构框图。

图2为本实用新型提供的电源管理电路中充电管理部分的电路原理图。

图3为本实用新型提供的电源管理电路中放电管理部分的电路原理图。

图4为本实用新型提供的基于太阳能供电的抄表设备的运行流程图。

附图标记说明：1-主控制器；2-电源管理电路一；3-电源管理电路二；4-电池一；5-电池二；6-4G模块；7-LORA模块；8-主供电电路；9-太阳能板。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的基于太阳能供电的抄表设备其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

在本实施例中提供了一种基于太阳能供电的抄表设备，如图1所示，所述基于太阳能供电的抄表设备包括主控制器1、电源管理电路一2、电源管理电路二3、电池一4、电池二5、4G模块6、LORA模块7、主供电电路8以及太阳能板9，其中，所述主控制器1分别与所述电源管理电路一2、电源管理电路二3、电池一4、电池二5、4G模块6、LORA模块7、主供电电路8连接，所述主供电电路8分别与所述电源管理电路一2、电源管理电路二3、电池一4、电池二5、4G模块6、LORA模块7连接，所述太阳能板9分别与电源管理电路一2和电源管理电路二3连接，所述电源管理电路一2和电池一4连接，所述电源管理电路二3和电池二5连接。

具体地，所述电源管理电路一2受所述主控制器1控制决定是否对电池一4进行充电，以及决定是否通过电池一4向主供电电路8供电；同理，所述电源管理电路二3受所述主控制器1控制决定是否对电池二5进行充电，以及决定是否通过电池二5向主供电电路8供电。

具体地，主控制器1可以通过电源管理电路一2来实现对电池一4充电的开启和关闭；同理，主控制器1可以通过电源管理电路二3来实现对电池二5充电的开启和关闭；主控制器1可以通过电源管理电路一2来实现开启或者关闭电池一4放电到主供电电路8；同理，主控制器1可以通过电源管理电路二3来实现开启或者关闭电池二5放电到主供电电路8；太阳能板9用于将太阳能转换成的电能供给电源管理电路一2和电源管理电路二3，主供电电路8最终用于向整板各个模块供电；电池一4和电池二5是可反复充电的锂离子电池，可充电锂离子电池的种类多样，皆在本实用新型技术方案的范围内。

优选地，如图2所示，所述电源管理电路一2和电源管理电路二3均包括电源管理芯片U21、NMOS管Q4、第一电容C70、第二电容C73、第三电容C76、第四电容C79、第一电阻R82、第二电阻R84、第三电阻R87、第四电阻R88、第五电阻R89、第六电阻R92、第七电阻R93、第八电阻R94、第九电阻R95、第十电阻R96、热敏电阻R85、电感L9、二极管D13、第一发光二极管LED7以及第二发光二极管LED8；其中，所述电源管理电路的VIN1端接所述太阳能板9；所述第一电容C70的一端接地，另一端接所述第一电阻R82，所述第一电阻R82的另一端接所述VIN1端，第一电容C70和第一电阻R82起到对输入电源的滤波作用；所述二极管D13的一端连接所述VIN1端，另一端连接所述第九电阻R95；所述第二电容C73的一端接地，另一端接所述电源管理芯片U21的VCC引脚，这样太阳能板9输出的电源经过以上部分最终输入到了电源管理芯片U21；所述第六电阻R92的一端接所述NMOS管Q4，另一端接地，这样NMOS管Q4默认断开状态，所述VIN1端经过所述第四电阻R88和第五电阻R89分压后接入到所述电源管理芯片U21的MPPSET引脚，使能充电功能，主控制器1输出高电平到MPPSET引脚时，NMOS管Q4导通，则MPPSET引脚变为低电平，关闭充电功能；所述VIN1端经过所述第七电阻R93和第一发光二极管LED7接入到所述电源管理芯片U21的STAT1引脚，第一发光二极管LED7亮表示充电进行中；所述VIN1端经过所述第八电阻R94和第二发光二极管LED8接入到所述电源管理芯片U21的STAT2引脚，第二发光二极管LED8亮表示充电完成；所述电源管理芯片U21的VREF引脚经过所述第二电阻R84和第三电阻R87分压后，通过所述热敏电阻R85接到所述电源管理芯片U21的TS引脚，用于检测当前温度，防止充电温度过高；所述电源管理芯片U21的PH引脚经过由所述电感L9、第三电容C76、第四电容C79以及第十电阻R96组成的滤波电路后，输出到可充电锂电池的电池座的1引脚。

优选地，如图3所示，所述电源管理电路一2和电源管理电路二3均包括电阻R103、PMOS管VT2、第一NPN三极管VT1以及第二NPN三极管VT7，VBATT1_EN引脚经过所述第二NPN三极管VT7、第一NPN三极管VT1、电阻R103接入所述PMOS管VT2的栅极；其中，BATT1_ADC接可充电锂电池的电池座的3引脚，实际上电池座的1引脚和3引脚都是接锂电池的正极，2引脚接锂电池的负极；VBATT1_EN接主控制器1的IO引脚，当主控制器1通过IO引脚将VBATT1_EN引脚拉高时，第二NPN三极管VT7导通接地，此时第一NPN三极管VT1的基极为低电平，第一NPN三极管VT1不导通，PMOS管VT2的栅极为高电平，PMOS管VT2不导通，BATT1_ADC无法向4.2V网络提供电源；当主控制器1通过IO引脚将VBATT1_EN引脚拉低时，第二NPN三极管VT7不导通不接地，此时第一NPN三极管VT1的基极电压由电阻R130上拉为高电平，第一NPN三极管VT1导通，PMOS管VT2的栅极为低电平，PMOS管VT2导通，BATT1_ADC向右边4.2V网络供电。

优选地，所述主控制器1为本技术领域常用的具有ADC功能的单片机，型号为STM32L071RB，通过ADC来获取电池一4和电池二5的当前电压，对应着电池一4和电池二5的当前容量；其中，所述主控制器1与所述LORA模块7通讯来完成对智能燃气表具的抄收和控阀等工作，所述主控制器1与所述4G模块6通信来接收抄表命令和上传抄表数据。

具体地，所述主控制器1可以是本领域常用的STM32单片机、51单片机、STM8单片机、MSP430单片机等，但不限于以上几种，具体为本领域所熟知。

优选地，所述电池一4和电池二5均为满电4.2V的可充电锂离子电池。

优选地，所述4G模块6的型号为SIM7600CE。

优选地，所述LORA模块7的型号为LSD4RF-2F717N10。

优选地，所述主供电电路8包括型号为HT7830的LDO芯片及其外围电路；其中，所述主供电电路8可以通过LDO器件或者DC-DC芯片电路来输出其他模块所需电压，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

优选地，所述太阳能板9的型号为DJB-18V100WK；其中，所述太阳能板9可以为本领域常用的12V或者24V输出的太阳能板，但不限于以上两种电压。

优选地，所述电源管理电路一2和电源管理电路二3均包括型号为BQ24650的芯片及其外围电路。

如图4所示，本实用新型提供的基于太阳能供电的抄表设备的工作过程如下：

本实用新型基于太阳能供电的抄表设备在启动时，先插入一个有电的充电电池，此时，主控制器1还没有供电，VBATT1_EN引脚为浮空状态，第二NPN三极管VT7不导通，第一NPN三极管VT1的基极为高电平，PMOS管VT2的栅极接地导通，电池向4.2V电源网络提供供电，主控制器1启动，主控制器1会通过ADC来获取电池一4和电池二5的电压，该电池电压对应着电池电量，当电池一4的电压大于系统可以正常工作的最低电压时，主控制器1会通过电源管理电路一2接通电池一4与主供电电路8，关闭太阳能板9对电池一4的充电，实现电池一4来对整板电路的供电；然后主控制器1通过电源管理电路二3关闭电池二5与主供电电路8的连接，开启太阳能板9对电池二5的充电；当电池一4的电压低于系统可以正常工作的最低电压时，电池二5的电压大于系统可以正常工作的最低电压，主控制器1会通过电源管理电路二3接通电池一4与主供电电路8，关闭太阳能板9对电池二4的充电，然后主控制器1通过电源管理电路一2关闭电池一4与主供电电路8的连接，开启太阳能板9对电池一4的充电；当监测到电池一4与电池二5的电压都低于系统可以工作的最小工作电压时，主控制器1通过电源管理电路一2关闭电池一4与主供电电路8的连接，主控制器1通过电源管理电路二3关闭电池二5与主供电电路8的连接，开启太阳能板9对电池一4的充电，关闭太阳能板9对电池二5的充电，最后主控制器1进入低功耗休眠状态，进入休眠状态的主控制器1会每隔一段时间退出休眠状态，监测电池一4的电压是否充到可以正常工作的电压，如果达到则如前面所述情况运行，否则继续进入休眠；

该抄表设备在启动后正常运行过程中，主控制器1每隔一段时间会监测一次电池一4和电池二5的电量；当前供电电池为电池一4时，如果电池一4的电压低于电池二5的电压且电池二5的电压高于某一阈值（比如4.0V）时，主控制器1会通过电源管理电路二3关闭电池二5的充电，开启电池二5与主供电电路8的连接进行供电，然后主控制器1通过电源管理电路一2关闭电池一4与主供电电路8的连接，开启太阳能板9对电池一4的充电；反之，当前供电电池为电池二5时，原理一样；定时监测时不满足上述条件则不进行动作切换。

本实用新型提供的基于太阳能供电的抄表设备中，主控制器1通过4G模块6接收抄表后台服务器发送的抄表指令，并将抄收的数据通过4G模块6返回给后台服务器；主控制器1与4G模块6的通讯方式可以是串口或者USB的方式，但不限于以上两种方式，通讯命令种类多样但不限于抄表命令和数据回传命令。

本实用新型提供的基于太阳能供电的抄表设备中，主控制器1通过LORA模块7来实现对智能燃气表具的抄收；主控制器1与LORA模块7的通讯方式可以是SPI、串口、I2C等，但不限于以上几种方式。

本实用新型提供的基于太阳能供电的抄表设备，能够解决抄表设备现场无交流电源以及交流电走线不方便的问题，能有效满足小区抄表设备的长期使用要求，施工方便，节能环保，降低使用成本，安全可靠。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于太阳能供电的抄表设备，其特征在于，包括主控制器（1）、电源管理电路一（2）、电源管理电路二（3）、电池一（4）、电池二（5）、4G模块（6）、LORA模块（7）、主供电电路（8）以及太阳能板（9），其中，所述主控制器（1）分别与所述电源管理电路一（2）、电源管理电路二（3）、电池一（4）、电池二（5）、4G模块（6）、LORA模块（7）、主供电电路（8）连接，所述主供电电路（8）分别与所述电源管理电路一（2）、电源管理电路二（3）、电池一（4）、电池二（5）、4G模块（6）、LORA模块（7）连接，所述太阳能板（9）分别与电源管理电路一（2）和电源管理电路二（3）连接，所述电源管理电路一（2）和电池一（4）连接，所述电源管理电路二（3）和电池二（5）连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的抄表设备，其特征在于，所述电源管理电路一（2）和电源管理电路二（3）均包括电源管理芯片U21、NMOS管Q4、第一电容C70、第二电容C73、第三电容C76、第四电容C79、第一电阻R82、第二电阻R84、第三电阻R87、第四电阻R88、第五电阻R89、第六电阻R92、第七电阻R93、第八电阻R94、第九电阻R95、第十电阻R96、热敏电阻R85、电感L9、二极管D13、第一发光二极管LED7以及第二发光二极管LED8；其中，所述电源管理电路的VIN1端接所述太阳能板（9）；所述第一电容C70的一端接地，另一端接所述第一电阻R82，所述第一电阻R82的另一端接所述VIN1端；所述二极管D13的一端连接所述VIN1端，另一端连接所述第九电阻R95；所述第二电容C73的一端接地，另一端接所述电源管理芯片U21的VCC引脚；所述第六电阻R92的一端接所述NMOS管Q4，另一端接地；所述VIN1端经过所述第四电阻R88和第五电阻R89分压后接入到所述电源管理芯片U21的MPPSET引脚；所述VIN1端经过所述第七电阻R93和第一发光二极管LED7接入到所述电源管理芯片U21的STAT1引脚；所述VIN1端经过所述第八电阻R94和第二发光二极管LED8接入到所述电源管理芯片U21的STAT2引脚；所述电源管理芯片U21的VREF引脚经过所述第二电阻R84和第三电阻R87分压后，通过所述热敏电阻R85接到所述电源管理芯片U21的TS引脚；所述电源管理芯片U21的PH引脚经过由所述电感L9、第三电容C76、第四电容C79以及第十电阻R96组成的滤波电路后，输出到可充电锂电池的电池座的1引脚。

3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的抄表设备，其特征在于，所述电源管理电路一（2）和电源管理电路二（3）均包括电阻R103、PMOS管VT2、第一NPN三极管VT1以及第二NPN三极管VT7，VBATT1_EN引脚经过所述第二NPN三极管VT7、第一NPN三极管VT1、电阻R103接入所述PMOS管VT2的栅极。

4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的抄表设备，其特征在于，所述主控制器（1）为具有ADC功能的单片机，型号为STM32L071RB。

5.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的抄表设备，其特征在于，所述电池一（4）和电池二（5）均为满电4.2V的可充电锂离子电池。

6.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的抄表设备，其特征在于， 所述4G模块（6）的型号为SIM7600CE。

7.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的抄表设备，其特征在于，所述LORA模块（7）的型号为LSD4RF-2F717N10。

8.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的抄表设备，其特征在于，所述主供电电路（8）包括型号为HT7830的LDO芯片及其外围电路。

9.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的抄表设备，其特征在于，所述太阳能板（9）的型号为DJB-18V100WK。

10.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的抄表设备，其特征在于，所述电源管理电路一（2）和电源管理电路二（3）均包括型号为BQ24650的芯片及其外围电路。

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