專利名稱：一種嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，特別涉及一種嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子傳感技術(shù)、信息通訊技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)抄表(AMR)技術(shù)日趨成熟，并在水、電、氣、暖等公益行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)在燃?xì)庑袠I(yè)也得到了推廣和普及，在提高燃?xì)庑袠I(yè)抄表效率的同時(shí)，避免了因入戶抄表而對(duì)用戶產(chǎn)生的不必要的打擾不能即時(shí)抄表等困惑，極大地提高了燃?xì)馄髽I(yè)的服務(wù)品質(zhì)，徹底解決入戶困難的問(wèn)題，有利于和諧社會(huì)的構(gòu)建，是公益行業(yè)服務(wù)文明的具體體現(xiàn)。伴隨著國(guó)家燃?xì)庑畔⒒牟椒?，遠(yuǎn)傳抄表行業(yè)正在飛速壯大和發(fā)展。作為燃?xì)庑袠I(yè)遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的主體關(guān)鍵組成部分——嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)也呈階躍發(fā)展態(tài)勢(shì)。現(xiàn)有的嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通常包括供電裝置、備用電源、傳感器和微處理器等部分，與燃?xì)獗頇C(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)數(shù)部分一起構(gòu)成所謂智能表芯。現(xiàn)有的嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)由于電路復(fù)雜、電子元件繁多、設(shè)計(jì)布局困難。供電裝置中大多采用可充電紐扣電池或可充電鎳氫電池等作為表芯的備用電源，由于表芯由多個(gè)分離兀件組合來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的功能，從而造成系統(tǒng)元件較多，故障率較大，查找故障難等問(wèn)題，系統(tǒng)的功耗也非常大，有的甚至達(dá)到了毫安級(jí)的功耗，這樣造成了要采用多個(gè)電池給系統(tǒng)供電，使整個(gè)系統(tǒng)的體積增加，安裝在基表里比較困難。由于系統(tǒng)的功耗比較大，燃?xì)獗碓谙到y(tǒng)沒(méi)有外電的時(shí)候工作的時(shí)間比較短，如果在一個(gè)地方停電的時(shí)間比較長(zhǎng)，那么勢(shì)必造成表頭由于供電問(wèn)題，引起計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，從而給燃?xì)夤驹斐芍卮蟮慕?jīng)濟(jì)損失。同時(shí)由于電池的充放電具有一定的次數(shù)， 它的這個(gè)缺陷是遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)中采用電池供電的不可消除的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是提供一種嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，利用法拉電容器作為系統(tǒng)備用電源，提供系統(tǒng)在電網(wǎng)斷電時(shí)的工作電流。本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，一種嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)， 包括供電裝置、備用電源、傳感器和微處理器；所述供電裝置用于連接供電網(wǎng)絡(luò)，為系統(tǒng)提供工作電流；所述備用電源與所述供電裝置連接，用于當(dāng)供電裝置停止供電時(shí)為系統(tǒng)提供工作電流；所述傳感器用于將表頭的機(jī)械動(dòng)作轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，對(duì)表頭數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；所述微處理器與所述傳感器連接，對(duì)其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；其特征在于，所述備用電源由法拉電容器及其充電電路構(gòu)成，所述法拉電容器通過(guò)所述充電電路與所述供電裝置連接。法拉電容器，或稱為超級(jí)電容器，是近幾年才批量生產(chǎn)的一種無(wú)源元件，介于電池與普通電容之間，具有電容的大電流快速充放電特性，同時(shí)也具有電池的儲(chǔ)能特性。并且具有重復(fù)使用壽命長(zhǎng)、充放電電路簡(jiǎn)單、內(nèi)阻低、功率密度高、完全免維護(hù)等特點(diǎn)，非常適合作為嵌入燃?xì)獗眍^的備用電源使用。本發(fā)明的技術(shù)方案，將法拉電容器的特性，與燃?xì)獗眍^的特殊需要相結(jié)合，對(duì)嵌入表頭的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)備用電源進(jìn)行了改進(jìn)，用法拉電容器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電池,在電網(wǎng)斷電時(shí)為系統(tǒng)提供工作電流。具體的，所述充電電路由電阻構(gòu)成，所述電阻串聯(lián)在所述法拉電容器與供電裝置之間。法拉電容器不需要專門的充電電路和放電控制電路，采用簡(jiǎn)單電阻串聯(lián)作為法拉電容器的充電電路，可以避免對(duì)供電裝置產(chǎn)生電流沖擊，保護(hù)供電裝置的安全運(yùn)行。具體的，所述法拉電容器容量彡1F。法拉電容器的容量已經(jīng)超過(guò)了 lkF，考慮到實(shí)際需要，主要是停電時(shí)間長(zhǎng)短，本發(fā)明推薦法拉電容器的容量> 1F，以滿足2天以上的系統(tǒng)基本工作要求。更具體的，所述法拉電容器容量=I. 5F。配合當(dāng)前系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中元器件的功率消耗水平，特別是微處理器功耗的降低，采用 I. 5F的法拉電容器足以滿足2 3天的系統(tǒng)基本工作要求，而且其成本、體積都比較合適。進(jìn)一步的，所述微處理器采用低功耗微處理器。隨著微處理器技術(shù)的進(jìn)步，低功耗微處理器發(fā)展迅速。采用功耗指標(biāo)更低的低功耗微處理器，配合法拉電容器構(gòu)成的備用電源，可以進(jìn)一步提高電網(wǎng)斷電后系統(tǒng)工作時(shí)間長(zhǎng)度。優(yōu)選的，所述微處理器采用TI公司的MSP430G系列微處理器。TI (德州儀器)公司最近推出了 MSP430G系列的超低功耗MCU(微處理器)系列， 具有成本低、外形小巧、高性能、16位RISC(精簡(jiǎn)指令集運(yùn)算)內(nèi)核及超低功耗的特點(diǎn)，非常適合嵌入表頭的系統(tǒng)使用。本發(fā)明的有益效果是，無(wú)須特別的充電電路和放電控制電路，與電池相比過(guò)充、過(guò)放都不對(duì)其壽命構(gòu)成負(fù)面影響。從環(huán)保的角度考慮，超級(jí)電容器是一種綠色能源，無(wú)污染。 超級(jí)電容器可焊接，因而不存在像電池接觸不牢固等問(wèn)題。本發(fā)明克服了這種嵌入表頭的系統(tǒng)在應(yīng)用電池時(shí)長(zhǎng)期浮充、過(guò)充、過(guò)放等不確定瑕疵，從整體設(shè)計(jì)優(yōu)化上使產(chǎn)品真正達(dá)到安全、可靠、長(zhǎng)壽命。


圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括法拉電容器I、傳感器2微處理器3、電源裝置4和電阻R，如圖I所示。供電裝置I通常采用體積小巧的開(kāi)關(guān)電源，用于連接供電網(wǎng)絡(luò)，將電網(wǎng)提供的交流電轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的直流電，為系統(tǒng)提供工作電流。傳感器2通常采用電磁開(kāi)關(guān)等，可以將表頭的機(jī)械動(dòng)作轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，對(duì)表頭數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。微處理器 3與傳感器2連接，接收其采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行累加計(jì)數(shù)、存儲(chǔ)等處理。微處理器3采用TI公司的MSP430G系列低功耗微處理器，該系列微處理器具有以下特點(diǎn)I. 16位架構(gòu)和改進(jìn)的代碼效率為新功能帶來(lái)了更多的空間和智能。
2.超低功耗可實(shí)現(xiàn)更低的維護(hù)成本和更長(zhǎng)的產(chǎn)品使用壽命。3.集成和智能型10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器非常適合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)更精確的設(shè)置和更快的響應(yīng)時(shí)間。4.處于備用電源供電狀態(tài)時(shí)，99%至99. 9%的時(shí)間處于待機(jī)模式。如MSP430G2xx 功耗就低于典型的8位MCU，在2. 2V時(shí)低至I) O. I μ A RAM 保持模式
2) O. 4 μ A 待機(jī)模式(VLO)3) O. 7 μ A實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式5、可在I μ s之內(nèi)超快速地從待機(jī)模式喚醒，降低高達(dá)90%的功耗。圖I中法拉電容器和電阻R構(gòu)成本發(fā)明的備用電源，電阻R的作用主要起限流作用，對(duì)供電裝置提供保護(hù)。電阻R也是法拉電容器I的充電電路，法拉電容器I通過(guò)電阻R 與供電裝置4連接，完全充電過(guò)程，當(dāng)供電裝置4停止供電時(shí)法拉電容器I為系統(tǒng)提供工作電流。本發(fā)明法拉電容器I的容量> IF時(shí)，基本可以滿足大多數(shù)系統(tǒng)要求，推薦的容量是I. 5F。根據(jù)系統(tǒng)供電裝置的輸出電壓,通常選擇法拉電容器耐壓5. 5 3. 0V。本發(fā)明對(duì)系統(tǒng)其它硬件部分也做了優(yōu)化，使得電子元器件數(shù)量減少，降低了整體成本的同時(shí)也減少了焊點(diǎn)，減少了潛在的故障點(diǎn)。另外在MCU的I/O 口設(shè)置方面也采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)有外部數(shù)據(jù)交換的I/O 口都做了隔離和保護(hù)措施，使電流不通過(guò)I/O 口外放。在軟件設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)沒(méi)有外電的情況下，將進(jìn)入LPM4狀態(tài)，超低低功耗模式，在計(jì)數(shù)的時(shí)候系統(tǒng)進(jìn)入LPM3低功耗模式，這樣大大的降低了系統(tǒng)功耗。
權(quán)利要求
1.一種嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括供電裝置、備用電源、傳感器和微處理器； 所述供電裝置用于連接供電網(wǎng)絡(luò)，為系統(tǒng)提供工作電流；所述備用電源與所述供電裝置連接，用于當(dāng)供電裝置停止供電時(shí)為系統(tǒng)提供工作電流；所述傳感器用于將表頭的機(jī)械動(dòng)作轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，對(duì)表頭數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；所述微處理器與所述傳感器連接，對(duì)其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；其特征在于，所述備用電源由法拉電容器及其充電電路構(gòu)成，所述法拉電容器通過(guò)所述充電電路與所述供電裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述充電電路由電阻構(gòu)成，所述電阻串聯(lián)在所述法拉電容器與供電裝置之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述法拉電容器容量彡1F。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述法拉電容器容量=I. 5F。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4任意一項(xiàng)所述的一種嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于， 所述微處理器采用低功耗微處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器采用TI公司的MSP430G系列微處理器。
全文摘要
本發(fā)明涉及嵌入式數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)。本發(fā)明公開(kāi)了一種嵌入燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，利用法拉電容器作為系統(tǒng)備用電源，提供系統(tǒng)在電網(wǎng)斷電時(shí)的工作電流。本發(fā)明的技術(shù)方案包括供電裝置、備用電源、傳感器和微處理器；所述供電裝置用于連接供電網(wǎng)絡(luò)，為系統(tǒng)提供工作電流；所述備用電源與所述供電裝置連接，用于當(dāng)供電裝置停止供電時(shí)為系統(tǒng)提供工作電流；所述傳感器用于將表頭的機(jī)械動(dòng)作轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，對(duì)表頭數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；所述微處理器與所述傳感器連接，對(duì)其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；所述備用電源由法拉電容器及其充電電路構(gòu)成，所述法拉電容器通過(guò)所述充電電路與所述供電裝置連接。本發(fā)明特別適合用于燃?xì)獗眍^的改造。
文檔編號(hào)G01F15/06GK102589633SQ20121005786
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者徐子林 申請(qǐng)人:四川恒芯科技有限公司