專利名稱：納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)，特別涉及機(jī)械式流量表數(shù)據(jù)自動(dòng)采集裝置。
技術(shù)背景機(jī)械式流量表，包括燃?xì)獗?、水表等，其?jì)數(shù)原理是利用氣體或液體的流動(dòng)帶動(dòng)計(jì)數(shù)輪 轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)的。要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，需要將計(jì)數(shù)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號，除了必須保證 表頭數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性外，由于是嵌入表頭內(nèi)部的微型裝置，低功耗是必須達(dá)到的指標(biāo)。這 是一個(gè)艱巨的任務(wù)，眾多開發(fā)人員為此進(jìn)行了各種嘗試和努力，但至目前為止，尚未真正從 實(shí)用角度解決好這一難題。以燃?xì)獗眍^為例，其基本結(jié)構(gòu)包括計(jì)數(shù)基輪以及若干(一般6個(gè)以上)計(jì)數(shù)輪盤，燃?xì)?流動(dòng)帶動(dòng)計(jì)數(shù)基輪轉(zhuǎn)動(dòng)，各個(gè)計(jì)數(shù)輪盤按照一定的轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)動(dòng)，對用氣量進(jìn)行計(jì)數(shù)并顯示數(shù) 字。目前，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置一般由傳感器、微處理器及其外圍電路構(gòu)成。傳感 器對表頭數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并將采集的數(shù)據(jù)輸入微處理器，由微處理器進(jìn)行記錄、累加和編碼傳 輸。數(shù)據(jù)傳感器常用的有光電傳感器、磁敏傳感器等。光電傳感器的工作原理是，在每個(gè)計(jì) 數(shù)輪盤上讀數(shù)標(biāo)記位置加裝一發(fā)光二極管，每個(gè)計(jì)數(shù)輪盤還需加裝一個(gè)數(shù)碼盤，用以實(shí)現(xiàn)計(jì) 數(shù)輪盤讀數(shù)的光信號轉(zhuǎn)換，在需要抄表的時(shí)候，再對光電轉(zhuǎn)換電路供電，完成表頭讀數(shù)的采 集。磁敏傳感器的工作原理主要是通過安裝在燃?xì)獗眍^上的諸如干簧管等磁敏元器件，檢測 計(jì)數(shù)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的磁變化信號，根據(jù)計(jì)數(shù)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率產(chǎn)生脈沖，完成計(jì)數(shù)。采用光電傳感器的計(jì)數(shù)模式有如下缺點(diǎn)由于目前天然氣基表一般在六位以上(含小數(shù)位)，要完成模擬量到數(shù)字量的光電轉(zhuǎn)換 ，每個(gè)計(jì)數(shù)輪盤上均要安裝多個(gè)發(fā)光二極管與該計(jì)數(shù)輪盤的各個(gè)不同量值相對應(yīng)，傳感器結(jié) 構(gòu)異常復(fù)雜。在這樣的采集裝置中，如果有一個(gè)發(fā)光二極管失效，勢必帶來整個(gè)系統(tǒng)的失效 ，造成了系統(tǒng)的不可靠。同時(shí)，由于光電直讀模式在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，將同時(shí)驅(qū)動(dòng)眾多的發(fā) 光二級管，即使采用超低功耗的發(fā)光二級管，其消耗功率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到低功耗的要求。采用干簧管數(shù)據(jù)采集裝置的缺點(diǎn)是現(xiàn)有技術(shù)的干簧管數(shù)據(jù)采集電路如圖l所示。干簧管T為單刀單擲開關(guān)，干簧管T的輸出 端A連接微處理器M的I/0口，干簧管T的開關(guān)觸點(diǎn)B接地。當(dāng)干簧管T接通時(shí)，輸出端A為低電 平，斷開時(shí)輸出端A為高電平，這樣完成數(shù)據(jù)采集過程。雖然目前的集成電路技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展到使微處理器，特別是極低功耗微處理器(Ultra-Low-Power Microcontroller)的高阻 抗I/0口消耗功率(1/0口灌入電流或拉出電流)，可以忽略不計(jì)的程度，但是由圖l可以看 出，當(dāng)輸出端A為低電平(干簧管T接通)時(shí)，流經(jīng)電阻R到地的電流(I=Vcc/R)將帶來功 率損耗。由于表頭數(shù)據(jù)采集這類電路中，干簧管動(dòng)作頻繁，上述功率損耗將是可觀的，特別 是對于采用紐扣電池供電的干簧管數(shù)據(jù)采集裝置，降低功率損耗就顯得更加重要。另一方面 ，由于干簧管的動(dòng)作是基于磁場的作用，非常容易受到外磁場的干擾，從而影響數(shù)據(jù)采集的 準(zhǔn)確性。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，就是針對現(xiàn)有技術(shù)的表頭數(shù)據(jù)采集裝置功耗大，易受 外磁場干擾的缺點(diǎn)，提供一種采用干簧管進(jìn)行表頭數(shù)據(jù)采集的納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置。
本實(shí)用新型解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置， 包括與微處理器連接的傳感器，其特征在于，所述傳感器由第一干簧管和第二干簧管構(gòu)成， 所述第一干簧管和第二干簧管之間設(shè)置有磁屏蔽板；所述第一干簧管和第二干簧管為單刀雙 擲開關(guān)，所述單刀雙擲開關(guān)的兩個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)分別連接高電平和低電平，所述單刀雙擲開關(guān)的 輸出端與所述微處理器連接。
本實(shí)用新型的有益效果是，采用具有單刀雙擲開關(guān)結(jié)構(gòu)的干簧管，可以實(shí)現(xiàn)采集電路的 零功耗；采用雙干簧管加磁屏蔽板的結(jié)構(gòu)，可以提高裝置的抗干擾能力。進(jìn)一步配合極低功 耗的微處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)納安級的微功耗表頭數(shù)據(jù)采集處理。


圖l是現(xiàn)有技術(shù)電路示意圖； 圖2是實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型通過改進(jìn)干簧管的結(jié)構(gòu)，配合極低功耗微處理器的省電模式，大大地降低了 數(shù)據(jù)采集裝置的功耗。 實(shí)施例
如圖2所示，本例微處理器40選用德州儀器(Texas Instruments)的極低功耗微處理器 ，其型號為MSP430F123，是一種16位RISC微處理器，具有技術(shù)成熟，功耗低的特點(diǎn)。該微處 理器具有多種省電模式，當(dāng)處于活動(dòng)模式下，微處理器處于活動(dòng)狀態(tài)，主系統(tǒng)時(shí)鐘工作，子 系統(tǒng)時(shí)鐘工作，輔助時(shí)鐘工作，各功能模塊均處于活動(dòng)狀態(tài)，功耗相對較大，此模式下的損耗為百微安量級的電流；當(dāng)處于待機(jī)模式下，微處理器處于禁止?fàn)顟B(tài)，停止工作，主系統(tǒng)時(shí) 鐘被禁止，子系統(tǒng)時(shí)鐘被禁止，數(shù)字控制振蕩器、直流發(fā)生器均被禁止，但輔助時(shí)鐘在工作 ，此模式下的損耗為l微安量級的電流；當(dāng)處于深度睡眠模式下，微處理器處于禁止?fàn)顟B(tài)， 所有振蕩器停止工作，數(shù)字控制振蕩器、直流發(fā)生器均被禁止，連輔助時(shí)鐘也停止了工作， 此模式下的損耗電流在數(shù)十納安以下。根據(jù)數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集過程中合理使用省 電模式，僅在干簧管動(dòng)作時(shí)喚醒處于深度睡眠狀態(tài)的微處理器，瞬間完成計(jì)數(shù)和處理，可以 降低數(shù)據(jù)采集和處理的功耗。
本例傳感器由第一干簧管11和第二干簧管12構(gòu)成，兩只干簧管均采用單刀雙擲開關(guān)結(jié)構(gòu) ，其輸出端A分別通過限流電阻41、限流電阻42與微處理器40的兩個(gè)I/0口連接，其開關(guān)觸點(diǎn) B和開關(guān)觸點(diǎn)C分別連接低電平(地G)和高電平(電源Vcc)。圖2中第一干簧管11和第二干 簧管12平行配置，磁屏蔽板20垂直于第一干簧管11和第二干簧管12所在平面且與兩只干簧管 平行，磁屏蔽板20與第二干簧管12的距離小于其與第一干簧管11的距離。磁屏蔽板20采用鐵 磁材料構(gòu)成，磁屏蔽板20上安裝了一塊永磁體21，可以使磁屏蔽板20磁化，讓第二干簧管 12處于磁屏蔽板20磁化后的磁場中。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，第一干簧管ll應(yīng)置于感應(yīng)磁場近端 ，即讓感應(yīng)磁場置于圖2上方。試驗(yàn)表明，這種配置結(jié)構(gòu)，磁屏蔽板可保證兩只干簧管始終 遵循正確的邏輯時(shí)序。當(dāng)感應(yīng)磁場變化時(shí)，第一干簧管11的輸出端A電平狀態(tài)會發(fā)生相應(yīng)變 化，而第二干簧管12的輸出端A電平狀態(tài)保持不變。如果出現(xiàn)較強(qiáng)干擾磁場， 一般是第二干 簧管12先動(dòng)作，如果通過軟件鎖定電路，則可以避免錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)采集。為了保證磁屏蔽效果 ，應(yīng)選用面積較大的磁屏蔽板，使第二干簧管在磁屏蔽板上的投影面積小于磁屏蔽板的面。 這種配置結(jié)構(gòu)，還可以通過第二干簧管12對圖2下方的磁場作出響應(yīng)，完成其他功能。
本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積微小的特點(diǎn)，整個(gè)裝置(包括微處理器及其外圍電路、 傳感器和鈕扣電池)灌封為一個(gè)模塊(體積70X20X7cm)，使用時(shí)將其嵌入機(jī)械表中即可 。本實(shí)用新型達(dá)到納安級功耗，使用自漏放率=2%/年的普通紐扣電池，數(shù)據(jù)采集裝置能穩(wěn) 定工作8 10年，無需任何后期的維護(hù)、保養(yǎng)。
權(quán)利要求1.納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置，包括與微處理器連接的傳感器，其特征在于，所述傳感器由第一干簧管和第二干簧管構(gòu)成，所述第一干簧管和第二干簧管之間設(shè)置有磁屏蔽板；所述第一干簧管和第二干簧管為單刀雙擲開關(guān)，所述單刀雙擲開關(guān)的兩個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)分別連接高電平和低電平，所述單刀雙擲開關(guān)的輸出端與所述微處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在 于，所述單刀雙擲開關(guān)的輸出端通過電阻與所述所示微處理器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在 于，所述高電平為電源端，所述低電平為接地端。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在 于，所述第一干簧管與第二干簧管平行，所述磁屏蔽板垂直于第一干簧管和第二干簧管所在 平面且與它們平行，所述磁屏蔽板與第二干簧管的距離小于其與第一干簧管的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在 于，所述磁屏蔽板由鐵磁材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在 于，所述磁屏蔽板上安置有永磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在 于，所述第二干簧管在磁屏蔽板上的投影面積小于磁屏蔽板的面積。
8.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝 置，其特征在于，所述微處理器為極低功耗微處理器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在 于，所述極低功耗微處理器型號為MSP430F123。
專利摘要本實(shí)用新型涉及機(jī)械式流量表數(shù)據(jù)自動(dòng)采集裝置。本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的表頭數(shù)據(jù)采集裝置功耗大，易受外磁場干擾的缺點(diǎn)，公開了一種納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，納安級微功耗表頭數(shù)據(jù)采集裝置，包括與微處理器連接的傳感器，其特征在于，所述傳感器由第一干簧管和第二干簧管構(gòu)成，所述第一干簧管和第二干簧管之間設(shè)置有磁屏蔽板；所述第一干簧管和第二干簧管為單刀雙擲開關(guān)，所述單刀雙擲開關(guān)的兩個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)分別連接高電平和低電平，所述單刀雙擲開關(guān)的輸出端與所述微處理器連接。本實(shí)用新型用于機(jī)械表數(shù)據(jù)采集，可以實(shí)現(xiàn)采集電路的零功耗，實(shí)現(xiàn)納安級的微功耗表頭數(shù)據(jù)采集處理，提高裝置的抗干擾能力。
文檔編號G01F15/075GK201331364SQ20082030386
公開日2009年10月21日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者宋新生, 張長明, 梁今朝 申請人:四川恒芯科技有限公司