CN2522944Y - 红外抄表装置 - Google Patents

Abstract

一种红外抄表装置，其特征在于本实用新型包括表计脉冲采集电路、单片机、存储器、通讯电路，其中表计脉冲采集电路的输入端采集电表的信息，其输出端与单片机的输入脚连接，通讯电路的通讯接口与单片机的通讯口连接，单片机外接存储器。本实用新型产品成本低、安装方便，软件设计新颖，同时红外通讯数据量大；由于本产品完全根据现有机械表和电子表的外壳来设计，因此比任何产品都适宜“一户一表”工程的改动。

Description

红外抄表装置

本实用新型涉及一种红外抄表装置。

为了实现水、电等计量仪表的集抄功能，人们提出了许多技术方案，例如，中国专利CN2264935、CN2324546的实用新型专利公开了一种在机械电能表上装上红外脉冲探头，将机械表的转盘转数转化为脉冲信号进行计数的技术方案。其中CN2264935的“一种全自动居民用电抄表装置附加终端”包含复杂的脉冲检测整形电路、并、串转换电路、数据输出驱动电路、地址编码电路，通过上述电路将红外脉冲探头采集的转盘转数信号变成可进行计量的脉冲信号；CN2324546的“一种电子计数电表”，是在传统机械计数电度表上加装红外脉冲讯号传感器，即在电度表计数盘平面的两侧装有红外发射管及红外接收管，然后通过两线传输线输出电子计数脉冲。上述方案仅解决了脉冲信号的采集问题，而对于脉冲信号的存储、传输(抄集)没有提出具体可行的适于实用的方案，而且仅限于机械计数电度表上使用，影响到其推广应用。

本实用新型的目的，是提供一种结构改进的红外抄表装置，不仅集采集、存储、传输于一体，而且能应用到包括机械式、电子式的计量仪表上。

本实用新型包括表计脉冲采集电路、单片机、存储器、通讯电路，其中表计脉冲采集电路的输入端采集电表的信息，其输出端与单片机的输入脚连接，通讯电路的通讯接口与单片机的通讯口连接，单片机外接存储器。

表计脉冲采集电路将电表信息变成数字信号输入至单片机，由单片机将数据自动累计并存储至存储器，通讯电路可采用红外通讯电路，通常由红外发射管和红外接收管构成，通过它使单片机与抄表器进行数据通讯。

本实用新型产品成本低、安装方便，软件设计新颖，同时红外通讯数据量大；由于本产品完全根据现有机械表和电子表的外壳来设计，因此比任何产品都适宜“一户一表”工程的改动；红外抄表模块可以采集各种电表的脉冲，根据预先正确设置的参数，通过单片机自动累计出表计耗电量。可以采集全电子式电能表的脉冲信号，也可以采集用红外探头改装的脉冲式机械电能表。本实用新型的单片机连接有一个红外发射管和一个红外接收管构成的红外通讯电路，它主要是用来跟红外抄表器进行数据通讯，红外抄表器是外购的手持PC电脑，它带红外通讯接口。手持抄表器的抄作软件由我公司编写，通过协议自动控制数据的传输。红外抄表模块和手持PC抄表器的通讯协议由我公司制定，它使得红外抄表模块具有抗干扰能力强，通讯距离远。红外抄表模块内部电路精细，外部结构小巧适合各种电表的安装。

附图1为本实用新型电原理框图；

附图2为本实用新型电原理图；

附图3为本实用新型采样头安装结构示意图；

附图4为本实用新型接线孔结构示意图。

如图1所示，本实用新型包括表计脉冲采集电路、单片机、存储器、通讯电路，其中表计脉冲采集电路的输入端采集电表的信息，其输出端与单片机的输入脚连接，通讯电路的通讯接口与单片机的通讯口连接，单片机外接存储器。

表计脉冲采集电路将电表信息变成数字信号输入至单片机，由单片机将数据自动累计并存储至存储器，通讯电路可采用红外通讯电路，通常由红外发射管和红外接收管构成，通过它使单片机与抄表器进行数据通讯。

如图2所示，表计脉冲采集电路由红外收发管(TCRT5000)、脉冲信号输入接口(J1)、脉冲比较器(U6A，U6B)组成，红外收发管(TCRT5000)的输出端与脉冲比较器(U6A)的反向输入端连接，脉冲比较器U6A的输出端与脉冲比较器U6B的反向输入端连接，脉冲比较器的输出端与单片机U1的脚RA4连接，脉冲信号输入接口J1的脉冲信号输入脚2并联至脉冲比较器U6A的反向输入端，通信电路由红外接收电路、红外发射电路组成，红外接收电路由红外接收器P1、脉冲鉴别电路构成，脉冲鉴别电路由或非门(U5A，U5B，U5C，U5D)(型号为74HC02)和触发器U3A(型号为74HC74)构成，红外接收器P1的脉冲信号输出端与或非门(U5A、U5B、U5D)的输入端连接，或非门(U5C，U5D)的输出端分别与触发器U3A的脚(CLK，SD)连接，或非门U5A的输出端与或非门U5B的输入端连接后接地，或非门U5B的输出端与或非门U5C的输入端连接，或非门U5D的输入端与触发器U3A的脚D连接，触发器U3A的脚φ连接到单片机U1的脚(RB0)上，红外发射电路由电阻(R10，R17，R18)、三极管(N2)、红外发射管(RED3)组成，三极管N2的基极通过电阻R17与单片机U1的脚RB1连接，三极管N2的集电极与红外发射管(RED3)连接，红外发射管(RED3)再通过电阻R16与正电源(VCC)连接，三极管N2的射极与发光二极管LED3、电阻R21串联后与单片机U1的脚RB2连接，电阻R18并联在三极管N2的基极和射极之间。

单片机U1的脚RB0外接脉冲鉴别电路，脚(RB1，RB2)外接红外发射器，脚(RA0，RA1，RA2)外接存储器U2。

工作原理：

1)表计脉冲采集电路：通过红外收发管(TCRT5000)将机械表转盘的转动转化为脉冲送入单片机U1中。为了保证表计脉冲采集的准确性，硬件上使用了长寿命红外收发管，不但安装方便，而且反应速度快；同时电路上还设计了电压及脉宽比较电路，有效的消除了尖峰脉冲和毛刺波形。

2)单片机U1：本模块的核心器件是采用美国Microchip公司的单片机。为了可靠准确的记录每一个表计脉冲，软件上采用了快速扫描方式，同时对脉冲进行累加并存储于防掉电存储器中，以保证掉电后数据仍能保持10年之久。由于红外通讯占据资源，为了保证不丢失计量脉冲，软件在进入中断之后立即将快速扫描方式改为TMR0外部触发自动累计方式，待退出中断之前将TMR0所累计的数据加到中断前所存储的数据中。

3)红外通讯电路：为了保证红外通讯的可靠性，本模块使用了国内知名厂家生产的红外发射管及接收管，软件上采用了外部优先中断方式接收红外信号。发射部分的程序相对来说比较简单，主要是产生不同时间间隔的38kHz脉冲串信号去控制发射管的通断。协议约定，二进制数“0”的脉冲串宽度为260μS，间隔为260μS，周期为520μS；二进制数“1”的脉冲串宽度为260μS，间隔为780μS，周期为1040μS。发射一个字节的二进制数时，首先发射一个超始位“0”，紧接着发射8个数据位和2个停止位“1”，最后发射2ms空白帧间隔，完成一个字节数据的发射。红外接收电路采用一体化接收器LTM9033，当接收器LTM9033收到38kHz左右的红外脉冲信号时输出低电平，反之输出高电平。为了提高抗干扰能力，接收器采用了由或非门74HC02和D触发器74HC74二者组成的脉冲鉴别电路，有效的消除了尖峰脉冲和毛刺波形。当LTM9033输出负脉冲的宽度小于单稳态触发器的暂稳态过渡时间tw，该负脉冲将不能够通过鉴别电路。只有LTM9033输出负脉冲信号的宽度大于tw时才能通过，而且通过鉴别电路后负脉冲的宽度减小了tw。鉴别电路的tw约为10μS，即小于10μS的负脉冲被视为干扰信号。鉴别电路输出的负脉冲信号触发单片机的外部中断口，利用定时器测量两个脉冲串之间的间隔，从而确定接收的信号是二进制数“1”还是“0“。接收器以帧为单位进行数据接收，当红外接收电路收到频带内的红外信号时输出一个负脉冲并触发中断0，单片机响应中断后先读定时器的计数值，然后重新启动定时器。对数据帧的第一个脉冲信号，读出的计数值无意义。收到第二个脉冲信号时，单片机计算出该脉冲信号与前一个脉冲信号之间的间隔，如为520μS，则收到一个二进制数”0“，即超始位，否则继续搜索超始位。起始位正确后开始接收数据位，在以后的8个脉冲中，间隔为520μS的脉冲是二进制数”0“，间隔为1040μS的脉冲是二进制数“1”。收到8个数据位后接收第一个停止位(必须是二进制数“1”，否则信为帧错误)。由于表示第二个停止位的脉冲之后有将近3ms的间隔时间，这将导致定时器溢出，定时器溢出中断后单片机检查收到数据位的情况，若已收到1个起始位、8个数据位和一个停止位，则数据帧接收正确，保存该数据，并准备接收下一个数据帧，否则数据帧接收错误。在数据帧接收过程中，如发现相邻两个脉冲的间隔不在允许的范围内，则认为数据位有错。当两个脉冲之间的间隔大于2ms(数据帧最后一个停止位脉冲和下一个数据帧起始位脉冲的情况除外)时将会造成定时器溢出中断，此时单片机将按接收帧错误处理。各电路工作说明：

一)电源部分

如图2所示，外部220V交流电压经过C7耦合，V1、V2整流，Z2稳出5.1V电压作为模块的直流电源。其中RV是压敏电阻，R14与C7组成放电回路，R24是为了防止空载电压升高而设置的。

二)单片机部分

为了防止外部电源干扰窜入单处机，单片机U1的电源必须加以隔离，如图2中电阻R5所示。电阻R22、二极管D2和电容E4组成单片机的复位电路，并接入单片机U1的复位脚。RB3脚被设为初始化脚，一旦该脚接地，存储芯片的数据会自动清零。它是模块的核心部分，采集的脉冲计算为用电度数保存到存储器U2中，当RB0脚接收到数据通讯指令后，将数据从U2中调出通过RB1脚，经电阻(R16、R17、R18)、三极管N2、红外发射管RED3组成的红外发射电路将数据送出。

三)脉冲采集电路

脉冲采集电路可以接受全电子式电表和机械式电表两种信号，为了保证用电数据的可靠计量，在电路设计及实际应用中

1)采用了电压及脉宽比较电路，保证了计量脉冲的有效性。当为全电子式电表时，图2中的红外收发管TCRT5000不接，脉冲信号线接到信号输入接口J1，其中信号输入接口J1第1脚悬空，2、3脚接脉冲信号和地，当脉冲进入时，通过脉冲比较器(U6A，U6B)进行两次电压幅度和脉宽比较，不够脉冲幅度和脉宽的脉冲信号均属干扰脉冲，将不能通过脉冲比较器U6B使第7脚产生脉冲，真正标准脉冲送入单片机U1的RA4脚。由单片机U1完成脉冲累计计算累计用电数，并存入存储器EEPROM中，其中LED1为脉冲指示灯。

2)当为机械表时特别注意了如下几点：红外收发管(TCRT5000)需采用先进的红外收发管，不仅使用寿命长，而且反应速度快；如图3所示：为了不影响原机械表的计量精度，安装时红外收发管(TCRT5000)与电表内转盘10的距离(L)为：0.3cm≤L≤1cm，同时转盘10上所做的黑色标记30的宽度(W)为：以电表轴心20为圆心，3.6°≤W≤30°。

另外，红外收发管(TCRT5000)必须对准黑色标记10！这样保证电表产生的脉冲比较标准，无杂波产生。

四)红外通讯部分

一旦有红外抄收命令，单片机U1便将即时的数据发给手抄器。图2中的P1为红外接收管，或非门(U5-U5D)、触发器U3A、电阻R23和电容C9组成脉冲鉴别电路，有效的消除了尖峰脉冲和毛刺波形。电阻(R16、R17、R18)、三极管N2、红外发射管RED3组成红外发射电路，LED3为红外发射指示灯，LED2为存储器清零指示灯。为了保障EEPROM数据的安全性，必须对存储器的WP脚加以控制。

如图4所示，实现本发明创造的具体方式：本模块留有三个接线孔[火线A、零线B和信号线(C，D)]，其中信号线是三芯屏蔽线(地、电源和脉冲线)。其中

C端接输入接口J1的1脚：当模块用于感应式机械表时，此处引进采样线(三芯)，采样线的另一端接光电红外收发管TCRT5000；当模块用于全电子电度表时，此处引入脉冲端口(负)：

D端输入接口J1的2脚：当模块用于感应式机械表时，此处悬空；当模块用于全电子电度表时，此处引入脉冲端口(正)；

Claims (3)

1.一种红外抄表装置，其特征在于本实用新型包括表计脉冲采集电路、单片机、存储器、通讯电路，其中表计脉冲采集电路的输入端采集电表的信息，其输出端与单片机的输入脚连接，通讯电路的通讯接口与单片机的通讯口连接，单片机外接存储器。

2.根据权利要求1所述的红外抄表装置，其特征在于表计脉冲采集电路由红外收发管(TCRT5000)、脉冲信号输入接口(J1)、脉冲比较器(U6A，U6B)组成，红外收发管(TCRT5000)的输出端与脉冲比较器(U6A)的反向输入端连接，脉冲比较器U6A的输出端与脉冲比较器U6B的反向输入端连接，脉冲比较器的输出端与单片机的脚RA4连接，脉冲信号输入接口J1的脉冲信号输入脚2并联至脉冲比较器U6A的反向输入端，通信电路由红外接收电路、红外发射电路组成，红外接收电路由红外接收器、脉冲鉴别电路构成，脉冲鉴别电路由或非门(U5A，U5B，U5C，U5D)(74HC02)和触发器U3A(74HC74)构成，红外接收器的脉冲信号输出端与或非门(U5A、U5B、U5D)的输入端连接，或非门(U5C，U5D)的输出端分别与触发器U3A的脚(CLK，SD)连接，或非门U5A的输出端与或非门U5B的输入端连接后接地，或非门U5B的输出端与或非门U5C的输入端连接，或非门U5D的输入端与触发器U3A的脚D连接，触发器U3A的脚φ连接到单片机的脚(RB0)上，红外发射电路由电阻(R10，R17，R18)、三极管(N2)、红外发射管(RED3)组成，三极管N2的基极通过电阻R17与单片机U1的脚RB1连接，三极管N2的集电极与红外发射管(RED3)连接，红外发射管(RED3)再通过电阻R16与正电源(VCC)连接，三极管N2的射极与发光二极管LED3、电阻R21串联后与单片机U1的脚RB2连接，电阻R18并联在三极管N2的基极和射极之间。

3.根据权利要求1所述的红外抄表装置，其特征在于单片机U1的脚RB0外接脉冲鉴别电路，脚(RB1，RB2)外接红外发射器，脚(RA0，RA1，RA2)外接存储器U2。

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