CN220509307U - 一种可适配多种计量方式的转接控制板系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可适配多种计量方式的转接控制板系统，包括主控模块、电源管理模块、安全防护模块、计量检测模块、存储模块、远传模块、阀门驱动模块、人机交互模块以及近端通讯模块，其中计量检测模块包含计量传感器采样检测电路、电平输出采样检测电路、RS485通信采样检测电路、IIC通信采样检测电路以及UART通信采样检测电路五大计量采样检测电路；用气设备可由外部计量设备、转接控制板以及阀门组成，根据不同的计量输出方式的外部计量设备配置对应的转接控制板的采样检测电路，使用气设备可实现计量、异常监控、远程通信、实时控阀的功能，可适配多种外围计量设备，缩短开发周期。

Description

一种可适配多种计量方式的转接控制板系统

技术领域

本实用新型涉及一种可适配多种计量方式的转接控制板系统。

背景技术

天然气作为一种安全、环保能源，相对于，煤、石油等能源，天然气能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。其不含一氧化碳，也比空气轻，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较高；同比热值价格相当，并且天然气清洁干净，能延长灶具的使用寿命，也有利于用户减少维修费用的支出。因此天然气已经成为各行各业的首选能源。针对于仪表仪器行业而言，由于天然气使用的场所的不同，用气量不同，可分为民用表和工商业表。

现市面上已出现各种天然气用气量检测计量仪表。针对于民用场所，其用气量较小的，多采用压差原理实现的膜式燃气表，需要借助计量采样部件进行机电转换，获取流量单量。而针对于工商业场所，由于其用气量大，多采用流量计或积算仪等计量设备进行流量计算。现使用的部分流量计或积算仪等外部。现有计量设备存在以下问题：

1）针对于不同采样方式的膜式燃气表、流量计或积算仪等外部计量设备重新设计相关的计量采样组件，则会增加仪表仪器厂家的开发周期；

2）只具备了采样与计量的功能，不带阀门，无法通过阀门控制及时切断气源，保证用气安全；没有异常信息实时远传，管理系统也无法实现远程进行调价或参数设置的功能，无法满足燃气公司对现有计量终端的实时性管理与操作。如果在流量计或者积算仪等外部计量设备上进行二次开发，使其具备阀控和远程功能，则会破坏流量计或者积算仪等外部计量设备系统原有的稳定性，需要投入巨大的人力物力进行售后维修管理，增加燃气公司的成本。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种可适配多种计量方式的转接控制板系统的技术方案。

所述的一种可适配多种计量方式的转接控制板系统，包括外部计量设备、转接控制板以及阀门，其特征在于所述转接控制板包括主控模块、电源管理模块、安全防护模块、计量检测模块、存储模块、远传模块、阀门驱动模块、人机交互模块以及近端通讯模块；

外部计量设备是能精准检测和计量用气量的气体检测设备，包括流量计或者采用霍尔传感器或干簧管传感器进行采样的检测部件；

主控模块：转接控制板的核心，控制和协调转接控制板中各模块的工作状态；在转接控制板正常上电后，主控模块处于低功耗工作模式；

电源管理模块：是转接控制板能够正常工作的基础条件，电源管理模块对输入到转接控制板上的电源进行处理、转换和管理，为转接控制板中的各个模块供电；

安全防护模块：是监控转接控制板是否处于正常工作状态，包含燃气泄漏报警模块以及转接控制板是否发生拆卸的防拆监控模块；转接控制板的主控模块通过监控防拆监控模块实时监控转接控制板系统的状态，判断是否有被人为因素破坏，保证了转接控制板工作的安全性和可靠性；

存储模块：实时存储转接控制板系统的运行参数、状态值以及转接控制板异常信息，并在转接控制板掉电期间可靠存储转接控制板的参数与状态；

远传模块：实现转接控制板与服务器系统之间的通讯，转接控制板能够通过远传模块及时上传相关的故障信息到服务器系统，实现实时性异常信息的监控；管理人员也能够通过该模块下发需要读取或设置转接控制板相关参数的命令，实现远程管理；

人机交互模块：包含液晶显示、按键、指示灯以及蜂鸣器，通过液晶显示分屏查询转接控制板相关工作信息；通过触发按键的时长不同，进行不同的操作；当转接控制板的安全防护模块检测到异常时，通过指示灯或蜂鸣器进行提示；

近端通讯模块：根据实际应用现场或者是客户的具体需求，适配蓝牙或者红外通讯作为第二通道通讯模块，便于生产、售后维修读取或设置相关参数，能够通过按键开启；

阀门驱动模块：驱动阀门进行开阀或者关阀操作，并实时监控阀门的动作状态，判断阀门是否关到位或者开到位，避免阀门开阀或者关阀到位后仍继续操作，导致堵转，影响转接控制板的工作状态与性能；

阀门：安装在管道上，控制燃气通断；当检测到转接控制板有异常时，及时关阀，切断气源；

计量检测模块：兼容了多种计量采样检测电路，能够适配不同的外部计量设备，进而获取外部计量设备的参数与工作状态，对用气设备进行实时监控，保证用气计量设备的计量准确性和安全性。

所述的一种可适配多种计量方式的转接控制板系统，其特征在于所述计量检测模块内设置有计量传感器采样检测电路、电平输出采样检测电路、RS485通信采样检测电路、IIC通信采样检测电路以及UART通信采样检测电路。

所述的一种可适配多种计量方式的转接控制板系统，其特征在于所述计量传感器采样检测电路的工作方式：膜式燃气表基表内部包含了阀门，表内外压力差会导致其内部的计量部件发生动作，进而外部齿轮发生转动，在齿轮上安装计量传感器，通过采样齿轮上的计量传感器，实现机电转换，起到数据转换的作用，转接控制板与计量采样组件连接，实现计量采样，将基表的计量体积量转化为主控模块能够处理的脉冲量；且计量传感器采样检测电路实时监控计量连接状态，针对于具有计量功能的膜式燃气表基表，转接控制板能够实现智能燃气表的远程和阀控功能。

所述的一种可适配多种计量方式的转接控制板系统，其特征在于所述电平输出采样检测电路的工作方式：外部计量设备与转接控制板连接为五根线：电源线、接地线、基表计量线、基表欠压线以及基表失压线，基表计量线输出一定时长的高电平表示累计了一个脉冲当量，未达到脉冲当量或者未计量时输出持续的低电平，基表欠压线与基表失压线在基表电压正常时持续输出低电平，当基表出现欠压或失压时，相关信号线输出高电平，转接控制板要采样到外部计量设备输出的基表计量信号、基表欠压信号和基表失压信号，还要监控外部计量设备与转接控制板的连接状态。

所述的一种可适配多种计量方式的转接控制板系统，其特征在于所述RS485通信采样检测电路的工作方式：外部计量设备与转接控制板是通过RS485通信的，转接控制板作为主机，利用主控模块周期性控制通信收发器U15处于驱动器工作模式，与外部计量设备使用双方规定的协议进行下发命令读取计量参数、工作状态数据；转接控制板的主控模块再利用通信收发器U10的接收器工作模式，等待外部计量设备的应答，从而获取到外部计量设备的计量参数、工作状态参数，从而对外部计量设备的工作状态进行判断；当多次未接收到外部计量设备的应答，则认为转接控制板与外部计量设备连接有异常，进而进行计量异常事件处理，转接控制板进行异常显示、关阀、异常上报操作。

所述的一种可适配多种计量方式的转接控制板系统，其特征在于所述IIC通信采样检测电路工作方式：利用IIC通信方式传输计量信号的外部计量设备通过五芯插座P2接入到转接控制板上，外部计量设备会定期或定时向转接控制板传输计量信息，转接控制板通过监控IIC通信的提示脚IRQ_DIO的信号，判定是否有数据；当有高电平时，即有数据时，转接控制板的主控模块通过IIC串口接收外部计量设备发送的数据；同样的，当转接控制板持续一定时间未接收到数据时，认为外接的外部计量设备连接有异常，或者处于一个非正常工作模式。

所述的一种可适配多种计量方式的转接控制板系统，其特征在于所述UART通信采样检测电路工作方式：使用UART通信方式传输计量信号的外部计量设备通过五芯插座P1接入到转接控制板上，转接控制板上的电源模块进行电压转换后的TIPOW通过五芯插座P1的2脚向外部计量设备供电；外部计量设备通过UART2_Rx和UART2_Tx定期向转接控制板发送信息，转接控制板系统连续一定时长未收到外部计量设备的主动上传信息，则表示外接的外部计量设备连接有异常，或者处于一个非正常工作模式。

本实用新型可适配各种不同通信方式输出计量信号的外部计量设备，利用本实用新型内部的计量检测模块进行计量信号的读取或接收并监控外部计量设备的工作状态与连接状态；在避免对外部计量设备二次开发的情况下，增加了阀控、远程通信、安全监控等功能，保证用气设备的稳定、可靠工作外，还实现了实时控阀、远程数据采集，便于售后维修与管理。

本实用新型的优点：

1）安全性高：在原有的外部计量设备与阀门之间增加了一个转接控制板，保留了原有外部计量设备的工作模式和工作参数，避免了在原有的外部计量设备上进行二次开发，保证了外部计量设备的稳定性和安全性；转接控制板可以可靠的接收或者读取外部计量设备的信号输出，还可以实时检测转接控制板与外部计量设备连接的状态；转接控制板上的安全防护模块中有燃气泄漏检测以及防拆监控，可以实时监控用气设备的自身的工作环境以及监控是否有人为损坏用气设备的现象；当转接控制板与外部计量设备连接出现异常或者是外部计量设备通过安全阀防护模块监控到有人为拆表的行为时，转接控制板会将采样到的外部计量设备当前用气量、异常信息等状态信息存储在存储模块中，并通过人机交互模块进行异常错误码显示、声光提示，驱动阀门驱动模块进行关阀操作，立即切断气源，并将异常信息通过远传模块上传业务系统，实时告知相关的维护管理人员，保证用气设备的安全。

2）移植性高：转接控制板的计量检测模块兼容了计量传感器采样检测电路、电平输出采样检测电路、RS485通信采样检测电路、IIC通信采样检测电路以及UART通信采样检测电路五大计量采样检测电路，可根据客户需求或者定制化设计的要求选择与外部计量设备计量信息输出方式一致的计量采样检测电路，当选择某一种计量采样检测电路后，其余几种计量检测电路可不焊接，节约成本；针对于不同协议的外部计量设备，也只需要升级转接控制板比如变更烧写程序，远程升级或现场烧写，避免在原有的外围计量设备上进行二次开发，缩短开发周期；转接控制板的计量模块兼容了多种计量采样检测电路，可适配不同通信方式传输计量信息的外部计量设备，可适用于多种外部计量设备上，移植性高。

3）成本低：转接控制板的计量检测模块兼容了计量传感器采样检测电路、电平输出采样检测电路、RS485通信采样检测电路、IIC通信采样检测电路以及UART通信采样检测电路五大计量采样检测电路，可根据客户需求或者定制化设计的要求选择与外部计量设备计量信息输出方式一致的计量采样检测电路，缩短了开发周期；转接控制板上的远传模块可以实现售后维护人员的远程管理控制，节约了大量的人力和物力；转接控制板上近端通讯模块可根据要求选配蓝牙或者红外通信，便于生产售后维修人员对转接控制板进行参数读取与设置；针对于有外部计量设备、转接控制板、阀门组成的用气设备遵循模块化设计理念，当某一模块出现故障或者异常时，只需要升级或者更换对应的模块即可，节约了大量的售后维修成本，模块化设计理念也提高了厂商生产效率。

附图说明

图1为大型用气设备的结构框图；

图2为计量检测模块结构框图；

图3为计量传感器采样检测电路；

图4为电平输出采样检测电路；

图5为RS485通信收发器的接收模式电路；

图6为RS485通信收发器的发送模式电路；

图7为UART通信采样检测电路；

图8为IIC通信采样检测电路的原理图。

实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明：

如图1大型用气设备的结构框图所示，包含了外部计量设备、转接控制板以及阀门。其中转接控制板包括：主控模块、电源管理模块、安全防护模块、计量检测模块、存储模块、远传模块、阀门驱动模块、人机交互模块以及近端通讯模块。

外部计量设备是指可精准检测和计量用气量的气体检测设备。如流量计或者采用霍尔传感器或干簧管传感器等传感器进行采样的检测部件。

主控模块：该模块是转接控制板的核心，控制和协调转接控制板中的各模块的工作状态；在转接控制板正常上电后，主控模块处于低功耗工作模式。

电源管理模块：是保证转接控制板能够正常工作的基础条件。电源管理模块对输入到转接控制板上的电源进行处理、转换和管理，为转接控制板中的各个模块供电，保证其能正常工作。

安全防护模块：是监控转接控制板是否处于正常工作状态的重要模块。其包含了燃气泄漏报警模块以及转接控制板是否发生拆卸的防拆监控模块；根据客户或实际应用场所的需求，可选择基于霍尔传感器原理的电子防拆或者是基于转接控制板外观特殊结构处增加保护器件的机械防拆。转接控制板的主控模块可以通过监控防拆监控模块实时监控转接控制板系统的状态，判断是否有被人为因素破坏，保证了转接控制板工作的安全性和可靠性。

存储模块：实时存储转接控制板系统的运行参数、状态值以及转接控制板异常信息。并在转接控制板掉电期间可靠存储转接控制板的参数与状态。

远传模块：实现转接控制板与服务器系统之间的通讯，转接控制板可通过远传模块及时上传相关的故障信息到服务器系统，实现实时性异常信息的监控。管理人员也可通过该模块下发需要读取或设置转接控制板相关参数的命令，实现远程管理。

人机交互模块：包含液晶显示、按键、指示灯以及蜂鸣器等模块，可通过液晶显示模块分屏查询转接控制板相关工作信息；通过触发按键的时长不同，可以进行不同的操作。例如可进行短按键查看液晶屏不同屏幕的内容、长按键打开第二通道通讯模块，进行售后维修参数读取与设置等操作；当转接控制板的安全防护模块检测到异常时，可通过指示灯或蜂鸣器进行提示。

近端通讯模块：可根据实际应用现场或者是客户的具体需求，适配蓝牙或者红外通讯作为第二通道通讯模块，便于生产、售后维修读取或设置相关参数。可通过按键开启。

阀门驱动模块：可驱动阀门进行开阀或者关阀操作。并实时监控阀门的动作状态，判断阀门是否关到位或者开到位，避免阀门开阀或者关阀到位后仍继续操作，导致堵转，影响转接控制板的工作状态与性能。

阀门：安装在管道上，控制燃气通断的重要模块。当检测到转接控制板有异常时，可及时关阀，切断气源，保证用气的安全。

计量检测模块：作为转接控制板的核心模块，该模块兼容了多种计量采样检测电路，可适配不同的外部计量设备。进而获取外部计量设备的参数与工作状态，对用气设备进行实时监控，保证用气计量设备的计量准确性和安全性。本计量检测模块按照外部计量设备的采样原理分为五大类，兼容了五类采样检测电路。如图2计量检测模块结构框图所示：计量传感器采样检测电路、电平输出采样检测电路、RS485通信采样检测电路、IIC通信采样检测电路以及UART通信采样检测电路。

计量传感器采样的工作原理为：利用压差原理实现的膜式燃气表基表，其内部包含了阀门，表内外压力差会导致其内部的计量部件发生动作，进而外部齿轮发生转动，可在齿轮上安装计量传感器，可通过采样齿轮上的计量传感器，便可实现机电转换，起到数据转换的作用，将基表的计量体积量转化为主控模块可处理的脉冲量。因此基于皮膜基表实现的智能燃气表是需要基表、计量采样组件以及阀门组成，为了实现远程和阀控功能，可借用转接控制板，转接控制板与计量采样组件（采样齿轮、计量传感器）连接。当智能燃气表处于正常工作状态时，其计量采样组件采样基表齿轮上的计量传感器获取计量信息，基表齿轮转动一圈，计量采样组件采样到基表齿轮上的计量传感器输出一个脉冲，代表一个脉冲当量。

如图3计量传感器采样检测电路所示：DB4为四芯插座，左侧连接的是由霍尔或干簧管组成的计量采样组件，计量器件S1的一端连接DB4的1脚，另一端连接DB4的4脚；计量器件S2的一端连接DB41的1脚，另一端分别连接DB4的2脚和3脚；四芯插座DB4的右侧为转接控制板的计量传感器采样检测电路。计量控制脚M_SA经过电阻R85以及拥有单向导通特性的二极管D25后接到四芯插座DB4的4脚与计量器件S1连接；计量控制脚M_SB经过电阻R86以及拥有单向导通特性的二极管D26后接到四芯插座DB4的3脚与计量器件S2连接；计量检测口M_CNT经过电阻R87、由拥有单向导通特性的二极管D26和电阻R137并联的电路后接到四芯插座DB4的2脚与计量器件S2连接；四芯插座DB4的1脚分别与电压VDD以及计量检测口INT连接。

当智能燃气表处于工作状态时，基表齿轮上有计量传感器，当基表处于计量时，基表齿轮转动，基表齿轮上的计量传感器会经过计量组件的计量器件S1和S2，使计量器件S1和S2处于吸合状态。转接控制板的主控模块控制计量控制脚M_SA和M_SB为输出控制脚，并输出低电平。计量器件S1和S2的状态检测原理是一致的，此处以S1为例进行说明：由于计量控制脚M_SA为低电平输出状态，当计量传感器经过计量器件S1时，计量器件S1为吸合状态，则计量检测量INT经过电阻R89、计量器件S1、二极管D25以及电阻R85后接M_SA输出的低电平，则计量检测口INT检测低电平。当计量器件S2处于断开状态，即计量传感器未处于计量器件S1位置，则计量检测口INT由于上拉电阻R89和R88接电源VDD为高电平状态。

为了保证计量组件连接的可靠性，当出现计量组件忘接入到四芯插座DB4上或者是计量组件连接线出现问题时，可通过计量检测口M_CNT进行计量组件连接状态检测。当计量组件处于正常连接时，由于四芯插座2跟3是短接状态，所以计量检测口M_CNT经过电阻R87、R137 、二极管D26以及低电压输出计量控制口M_SB，则计量检测口M_CNT为低电平；当计量组件连接出现异常时，由于主控模块内部上拉控制，计量检测口M_CNT为高电平状态。

因此可通过计量检测口M_CNT检测高低电平状态实时监控计量组件的连接状态，保证计量连接的可靠性。可通过计量检测口INT监控计量器件S1和S2的吸合、端口以及时序状态，判断计量。通常状态下，计量器件S1和S2是呈180度放置的，计数齿轮转动一圈，会分别吸合一次S1和S2，因此可根据S1和S2吸合状态与持续判断计量的半圈标志或者计数1圈，产生一个脉冲当量，进行累用累加计算。

在工业、商业等场所，用气量较大，为了保证计量的准确性和可靠性，大多使用外部计量设备（例如：流量计）来进行流量检测，外部计量设备本身有电源模块可正常工作，可实现流量检测和计算。为了实现阀控和远程，可外接转接控制板。则整个用气设备系统包含按照在管道上的外部计量设备和阀门，以及外接在外部计量设备和阀门之间的转接控制板组成。根据外部计量设备的计量信号输出方式可分为：电平输出和基于RS485通信两大类。

电平输出采样的工作原理是：外部计量设备与转接控制板连接为五根线：电源线、接地线、基表计量线、基表欠压线以及基表失压线。基表计量线可输出一定时长的高电平表示累计了一个脉冲当量。未达到脉冲当量或者未计量时输出持续的低电平。基表欠压线与基表失压线在基表电压正常时持续输出低电平，当基表出现欠压或失压时，相关信号线输出高电平。转接控制板除了要可靠采样到外部计量设备输出的基表计量信号、基表欠压信号和基表失压信号，还要监控外部计量设备与转接控制板的连接状态。

外部计量设备的基表计量线J-COUNT经过N型MOS管Q201的栅极G，MOS管Q201的漏极D接地,MOS管Q201的源极S接电阻R201后接到五芯插座DB3的1脚上，同时MOS管Q201的源极S直接接到五芯插座DB3的2脚上；基表欠压线J_LowPower经过N型MOS管Q202的栅极G，MOS管Q202的源极S接到五芯插座DB3的3脚上，MOS管Q21的漏极D接地，并通过电阻R202后接到四芯插座DB3的3脚上；基表失压线J_LessPower经过N型MOS管Q203的栅极G，MOS管Q203的源极S接到五芯插座DB3的4脚上，MOS管Q203的漏极D接地,同时连接到五芯插座DB3的5脚上。

五芯插座DB3的右侧是本实用新型所述的转接控制板的电平输出采样检测电路，如图4所示：电源VDD经过电阻R103后连接到五芯插座DB3的1脚上，计量检测口INT1经过电阻R4后连接到五芯插座DB3的2脚上；基表欠压检测口P_SA经过电阻R104后接到五芯插座DB3的3脚上；基表失压检测口P_SB经过R107后接到五芯插座DB3的4脚上；五芯插座DB3的5脚另一端经过下拉电阻R108以及滤波电池C35后接地；基表断线检测控制口P_CNT经过单向导通的二极管D32以及电阻R105后连接到五芯插座DB3的3脚上，并经过超级电容C33后接地；基表断线检测控制口P_CNT同样经过单向导通的二极管D33以及电阻R106后连接到五芯插座DB3的4脚上，并经过超级电容C33后接地；

当外部计量设备、阀门以及转接控制板系统组成的大型用气设备处于工作状态时，外部计量设备累计一个脉冲当量后会在基表计量端J-COUNT输出一定时长的高电平，这时MOS管Q201的栅极G为高电平状态，MOS管Q201的源极S经过上拉电阻R103后接VDD处于高电平状态，MOS管漏极D接地为低电平状态，则MOS管Q201导通，计量检测口INT1通过五芯插座DB3的2脚后接到MOS管的源极S上，由于MOS管Q201为导通状态，计量检测口INT1检测到的是低电平。当外部计量设备未累计到一定脉冲当量或者未计量时，基表计量端J-COUNT输出低电平，MOS管Q201的栅极G为低电平状态，MOS管Q201为截止状态，MOS管Q201的源极S经过上拉电阻R103后接VDD处于高电平状态,所以计量检测口INT1检测到的是MOS管Q201的源极S为高电平。

要检测外部计量设备是否发生基表欠压或失压，转接控制板的主控模块控制基表断线检测控制口P_CNT为输出状态，并输出高电平。则P_CNT端口的高电平经过单向导通二极管D32和电阻R105后为超级电容C33充电，同时也通过单向导通二极管D33和电阻R106后为超级电容C34充电。当外部计量设备未发生欠压时，则在基表欠压端口J-LowPower端输出低电平，则MOS管Q202的栅极G为低电平，MOS管漏极D接地为低电平，并通过上拉电阻R202接到五芯插座DB3的3脚上，MOS管源极S连接到接到五芯插座DB3的3脚，五芯插座DB3的3脚由于输出高电平的基表断线检测控制口P_CNT为高电平状态，因此基表欠压检测口P_SA经过电阻R104后检测到高电平。当外部计量设备发生欠压时，则在基表欠压端口J-LowPower端输出高电平，则MOS管Q202的栅极G为高电平，MOS管漏极D接地为低电平，由于输出高电平的基表断线检测控制口P_CNT为高电平状态，MOS管源极S连接到接到五芯插座DB3的3脚为高电平状态，则MOS管Q202导通，则MOS管源极S连接到地，则五芯插座DB3的3脚为低电平状态，因此基表欠压检测口P_SA经过电阻R104后检测到低电平。检测外部计量设备是否发生基表失压的原理与是否发生欠压一致，在此不再复述。因此可通过检测P_SA和P_SB两个端口的电平状态，查看外部计量设备是否发生基表失压或欠压。当外部计量设备的基表欠压、失压状态检测完毕后，转接控制板的主控模块控制基表断线检测控制口P_CNT为低电平输出状态，此时超级电容C33和C34为放电状态。当外部计量设备与转接控制板处于正常连接时，则超级电容C33通过五芯插座DB3的3脚上的电阻R202后接地，通过电阻R202进行放电，超级电容C34通过五芯插座DB3的4脚上的电阻R203后接地，通过电阻R203进行放电。当当外部计量设备与转接控制板处于正常连接状态时，超级电容C33和C34除了自身接地放电外还通过电阻进行放电。当外部计量设备与转接控制板处于不正常连接时，例如发生外部计量设备与转接控制板连接线断线的问题，则超级电容C33和C34通过本身接地放电。因此可通过基表欠压检测口P_SA和基表失压检测口P_SB监控超级电容的放电状态，来判定外部计量设备是否处于正常连接状态。通过电平输出采样检测电路可有效检测流量计的信号输出状态和连接转态，保证用气设备系统的可靠计量控制。

RS485通信采样原理：外部计量设备与转接控制板是通过RS485通信的，转接控制板作为主机，可定时定期向外部计量设备下发指令读取计量信息。转接控制板采用的是MAX3485ESA、低功耗RS485半双工通信收发器。MAX3485ESA器件上有一个驱动器和一个收发器，可以实现最高10Mbps的传输速率。MAX3485ESA器件上有8个引脚，分别是：1脚：接收器输出引脚RO；2脚：接收器输出使能RE；3脚：驱动器输出使能DE；4脚：驱动器输入DI；5脚：地GND；6脚和7脚为：RS485通信数据线A、B；8脚：电源VCC。DE和RE为使能管脚。DE为低电平、RE为低电平时，该器件为接收器工作模块；DE为高电平，RE为高电平时，该器件为驱动器工作模块。

如图5所示：器件U10的2脚和3脚作为RS485通信的控制引脚RS485_CON，经过上拉电阻R8后接3.3V电源，保持为高电平状态，作为控制端口直接与转接控制板的主控模块相连。因此可以看出，该收发器默认为接收器工作模式。1脚与4脚分别经过电阻R54和R5后直接与转接控制板的主控模块的UART1_Rx和UART1_Tx连接，作为RS485串行通信的接收和发送引脚。5脚接地；8脚接3.3V的电源，为器件能够正常工作供电。6脚作为RS485通信线A端经过上拉电阻R92后接3.3V电源，保持为高电平状态，7脚作为RS485通讯线B端经过下拉电阻R9后接地，保持为低电平状态。为了避免MAX3485ESA器件的通信端口被浪涌脉冲冲击而损坏，在器件U10的通讯端口RS485_A和RS485_B之间增加了PMF7.5CA器件D31，即TVS瞬态抑制二极管进行钳压保护。

图6的原理与图5一致，所不同的是：U15通信收发器的3脚和4脚作为UART1的控制引脚，直接接地保持为低电平。因此可以看出，该收发器默认为驱动器工作模式。

因此当使用RS485通信的外部计量设备与转接控制板以及阀门组成的大型计量设备处于正常工作状态时，转接控制板与外部计量设备处于正常连接时，转接控制板作为主机，利用主控模块周期性控制通信收发器U15处于驱动器工作模式，与外部计量设备使用双方规定的协议进行下发命令读取计量参数、工作状态等数据。转接控制板的主控模块再利用通信收发器U10的接收器工作模式，等待外部计量设备的应答，从而获取到外部计量设备的计量参数、工作状态等参数，从而对外部计量设备的工作状态进行判断。并增加了一定了冗余判定，当多次未接收到外部计量设备的应答，则认为转接控制板与外部计量设备连接有异常，进而进行计量异常事件处理，转接控制板进行异常显示、关阀、异常上报等操作。因此针对于不同应用场所的不同设备的RS485通讯设备，或者有特殊协议要求的场所，只需要更新升级转接控制板的相关通讯协议，无需对原有设备进行升级改造，就可以进行正常的信息交互。缩短开发周期。

部分安装于管道上的外部计量设备的计量信号输出是通过IIC或者UART通信方式进行的，则转接控制板上计量模块中同样兼容了IIC通信采样检测电路和UART通信采样检测电路。

如图7的UART通信采样检测电路所示： P1是五芯插座，1脚接地；2脚经过滤波电容C36后接地，2脚也连接计量电源TIPOW；3脚经过电阻R132后接转接控制板主控模块的串口UART2的接收端UART2_Rx;4脚经过电阻R131后接转接控制板主控模块的串口UART2的发送端UART2_Tx;5脚经过上拉电阻R40后接电源VDD。则使用UART通信方式传输计量信号的外部计量设备通过五芯插座P1接入到转接控制板上，转接控制板上的电源模块进行电压转换后的TIPOW可通过五芯插座P1的2脚向外部计量设备供电；外部计量设备可通过UART2的UART2_Rx和UART2_Tx定期向转接控制板发送信息。转接控制板系统连续一定时长未收到外部计量设备的主动上传信息，则表示外接的外部计量设备连接有异常，或者处于一个非正常工作模式。

如图8所示：是IIC通信采样检测电路的原理图，P2是五芯插座，1脚接地；2脚连接电源VDD，电源VDD端有抗干扰滤波电容C2、C25、C15；3脚为IIC通信的数据线SDA_RST与转接控制板主控模块连接;4脚为IIC通信的时钟线SCL_CLK与转接控制板主控模块连接;5脚为IIC通信的提示脚IRQ_DIO与转接控制板主控模块连接，当有数据时，IIC通信的提示脚IRQ_DIO会有高电平，无数据时保持低电平状态。当利用IIC通信方式传输计量信号的外部计量设备可通过五芯插座P2接入到转接控制板上，外部计量设备会定期或定时向转接控制板传输计量信息。转接控制板通过监控IIC通信的提示脚IRQ_DIO的信号，判定是否有数据。当有高电平时，即有数据时，转接控制板的主控模块通过IIC串口接收外部计量设备发送的数据。同样的，当转接控制板持续一定时间未接收到数据时，可认为外接的外部计量设备连接有异常，或者处于一个非正常工作模式。

使用说明：用气设备厂商可根据客户要求或者使用场所确认选用的外部计量设备的计量方式，配置对应的转接控制板的采样检测电路。针对于转接控制板而言，选择某一计量采样检测电路后，其他计量采样检测电路可不焊接，节约成本。例如用气设备选用的是采用RS485通信方式传输计量采样信号的流量计时，则采样传感器检测电路、电平输出采样检测电路、IIC通讯采样检测电路以及UART通讯采样检测电路均不焊接。针对于不同协议的RS485通信模式输出计量采样信号的流量计来说，只需要升级转接控制板，适配相对应的协议，而无需重新设计转接控制板。缩短开发周期，提高研发效率。使用内置阀门的基表与转接控制板组成的用气设备或者是由安装在管道上的流量计与阀门，以及连接在流量计外部与阀门外部之间的转接控制板组成的大型用气设备在正常工作时，转接控制板定期或定时去读取或者接收来自外部计量设备传输的用气信息，并对用气信息进行处理、计算和存储，转接控制板实时监控大型用气设备的工作状态，当检测到外部计量设备异常或者通过其内部的安全防护模块监控到转接控制板出现人为损坏故障时，会实时保存用气信息跟异常类型，通过阀门驱动模块及时驱动阀门进行关阀操作，立即切断气源。并通过人机交互模块中的液晶屏显示异常错误码，并通过蜂鸣器发生异常提示信息。利用远传模块将异常信息上告业务系统，提示售后人员。维修售后人员可通过远传模块下发指令读取和设置转接控制板的信息和参数，也可以通过近端通讯模块对转接控制板进行参数读取与配置。利用外部计量设备、阀门以及转接控制板组成的大型用气设备可以实现对用气通断进行实时控制、安全监控以及远程功能。保证了用气设备的安全和可靠性。转接控制板上的计量检测模块兼容了多种计量信号采样检测方式，可适配不同的外部计量设备，高兼容性可以避免对外部计量设备进行二次开发，同时缩短了开发周期。针对于不同通信协议的外部计量设备也只需要升级转接控制板的协议，无需硬件开发，缩短了研发开发周期。外部计量采样设备、阀门以及转接控制板组成的大型用气设备是遵循模块化设计，当某一模块出现故障或者异常时，只需要升级或者更换对应的模块即可，模块化设计理念也提高了厂商生产效率，节约了大量的人力物力。

Claims (2)

1.一种可适配多种计量方式的转接控制板系统，包括外部计量设备、转接控制板以及阀门，其特征在于所述转接控制板包括主控模块、电源管理模块、安全防护模块、计量检测模块、存储模块、远传模块、阀门驱动模块、人机交互模块以及近端通讯模块；

外部计量设备是能精准检测和计量用气量的气体检测设备，包括流量计或者采用霍尔传感器或干簧管传感器进行采样的检测部件；

主控模块：转接控制板的核心，控制和协调转接控制板中各模块的工作状态；在转接控制板正常上电后，主控模块处于低功耗工作模式；

电源管理模块：是转接控制板能够正常工作的基础条件，电源管理模块对输入到转接控制板上的电源进行处理、转换和管理，为转接控制板中的各个模块供电；

安全防护模块：是监控转接控制板是否处于正常工作状态，包含燃气泄漏报警模块以及转接控制板是否发生拆卸的防拆监控模块；转接控制板的主控模块通过监控防拆监控模块实时监控转接控制板系统的状态，判断是否有被人为因素破坏；

存储模块：实时存储转接控制板系统的运行参数、状态值以及转接控制板异常信息，并在转接控制板掉电期间可靠存储转接控制板的参数与状态；

远传模块：实现转接控制板与服务器系统之间的通讯，转接控制板能够通过远传模块及时上传故障信息到服务器系统，实现实时性异常信息的监控；管理人员也能够通过该模块下发需要读取或设置转接控制板相关参数的命令，实现远程管理；

人机交互模块：包含液晶显示、按键、指示灯以及蜂鸣器，通过液晶显示分屏查询转接控制板相关工作信息；通过触发按键的时长不同，进行不同的操作；当转接控制板的安全防护模块检测到异常时，通过指示灯或蜂鸣器进行提示；

近端通讯模块：根据实际应用现场或者是客户的具体需求，适配蓝牙或者红外通讯作为第二通道通讯模块，便于生产、售后维修读取或设置相关参数，能够通过按键开启；

阀门驱动模块：驱动阀门进行开阀或者关阀操作，并实时监控阀门的动作状态，判断阀门是否关到位或者开到位，避免阀门开阀或者关阀到位后仍继续操作，导致堵转，影响转接控制板的工作状态与性能；

阀门：安装在管道上，控制燃气通断；当检测到转接控制板有异常时，及时关阀，切断气源；

计量检测模块：兼容了多种计量采样检测电路，能够适配不同的外部计量设备，进而获取外部计量设备的参数与工作状态，对用气设备进行实时监控，保证用气计量设备的计量准确性和安全性。

2.根据权利要求1所述的一种可适配多种计量方式的转接控制板系统，其特征在于所述计量检测模块内设置有计量传感器采样检测电路、电平输出采样检测电路、RS485通信采样检测电路、IIC通信采样检测电路以及UART通信采样检测电路。