專利名稱：大口徑無線通信式分體表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及工、農(nóng)業(yè)用水領(lǐng)域，具體地說涉及到大口徑無線通信式分體表。
背景技術(shù)：
大口徑水表是指DN80mm (含DN80mm)以上口徑的水表。由于大口徑水表的用戶均為工業(yè)、商業(yè)及機關(guān)團體用戶，水價高、水量大，在總水量中占到一定的比例，因此對大口徑水表的管理直接影響到供水企業(yè)的效益。大口徑水表的管理面臨以下兩個突出問題，問題一:目前大多數(shù)大口徑水表不再沿用傳統(tǒng)的機械式水表，而是在大口徑水表上增加電控部分成為智能大口徑水表。智能大口徑水表大多米用分體結(jié)構(gòu)，一般由發(fā)信基表、電控閥門組成，二者通過電纜連接，發(fā)信表和閥門之間通過有線方式連接，對安裝環(huán)境要求比較苛亥IJ，而且電纜易受破壞，安裝于潮濕環(huán)境中不能保證發(fā)信表和閥門正常通訊。問題二:大口徑水表的抄表及監(jiān)控。大口徑水表分布廣、距離遠(yuǎn)、數(shù)量多，傳統(tǒng)的人工抄表周期為一個月，供水企業(yè)無法在抄表周期內(nèi)發(fā)現(xiàn)水表故障，按照大表在常用流量條件下計量，每個月給供水企業(yè)帶來大量損失；采用無線方式抄表，采用移動平臺的GPRS或SMS傳送現(xiàn)場打包的抄表數(shù)據(jù)，服務(wù)器接收數(shù)據(jù)后，解包并傳遞給最終客戶以便用戶進行數(shù)據(jù)分析和研究，這就需要在大口徑水表安裝SIM手機卡，由于大口徑水表多安裝于表井下且多泡在水中，從防水工藝和信號傳輸兩方面均不能保證此種抄表方法的可靠性，并且此系統(tǒng)需要借助移動運營平臺，增加運營費用。
針對上述大口徑水表所存在的兩個關(guān)鍵性問題，我公司發(fā)明專利大口徑無線通信式分體表解決了上述問題，控制閥門和計量表采用分體式結(jié)構(gòu)，兩者采用無線方式通信，另外計量表的電控部分有M-BUS總線接口，兼容性好，易于遠(yuǎn)程監(jiān)控，配合非接觸IC卡可實現(xiàn)水費
的預(yù)付費管理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大口徑無線通信式分體表，表閥分體，且二者通過無線方式通信，且計量表的電控部分設(shè)有M-BUS接口，可與小區(qū)現(xiàn)有的M-BUS抄表系統(tǒng)兼容，只需有M-BUS總線便可完成抄表，方便供水企業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且配合非接觸IC卡可實現(xiàn)水費
的預(yù)付費管理。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述；
大口徑無線通信式分體表，計量表與控制閥采用分體式結(jié)構(gòu)，計量表和控制閥均設(shè)有電控部分，計量表和控制閥采用無線方式通信，計量表的電控部分設(shè)有M-BUS通信接口，計量表和上位機通過M-BUS總線方式通信。進一步的方案是:計量表電控部分由中央處理器、超聲波流量測量電路、電壓檢測電路、電源供電電路、顯示電路、M-BUS通信接口電路、無線通信模塊組成，電源由3.6V鋰電池提供；超聲波流量測量電路由專用的超聲波測量芯片TDC-GP21配合順、逆流換能器測得精確的流量信息，超聲波測量芯片采用SPI方式將水量信息通信至中央處理器；顯示電路由中央處理器直接驅(qū)動顯示，電壓檢測電路用于檢測電池電壓，若電壓低于設(shè)定值則顯示無電標(biāo)志；無線通信模塊具有獨立的中央處理器，無線通信模塊與計量表電控部分中央處理器采用標(biāo)準(zhǔn)串口通信；
進一步的方案是:控制閥的電控部分由中央處理器、閥門控制電路、射頻卡讀卡電路、電源供電電路、讀卡電路電源控制電路、無線通信模塊組成。電源由14.4V電池組供電，讀卡電路電源控制電路接于中央處理器的對應(yīng)引腳，用于對讀卡電路電源的控制，讀卡電路用于將外部射頻卡信息經(jīng)讀卡電路至中央處理器，閥門控制電路的K、G控制端接于中央處理器的的響應(yīng)引腳，閥門控制電路的電源由14.4V電池組提供，無線通信具有獨立的中央處理器，無線通信模塊與控制閥的電控部分中央處理器采用標(biāo)準(zhǔn)串口通信；
進一步的方案是:無線通信模塊有獨立的中央處理器，無線通信模塊由中央處理器、RF無線收發(fā)芯片、信號發(fā)送電路、信號接收電路組成，無線模塊接收信息時，RF無線信號經(jīng)信號接收電路接收至RF無線收發(fā)芯片，無線收發(fā)芯片接到此信號采用SPI方式通信至中央處理器；無線模塊發(fā)射信號時，中央處理器將數(shù)據(jù)信息采用SPI方式通信至RF無線收發(fā)芯片，RF無線收發(fā)芯片將信號經(jīng)發(fā)送電路發(fā)送至外部接收設(shè)備。上位機通過M-BUS總線向計量表發(fā)送開關(guān)閥命令，計量表接收命令成功，回復(fù)數(shù)據(jù)，然后打開無線模塊電源，向無線模塊發(fā)送開閥或關(guān)閥命令，計量表內(nèi)的無線模塊向控制閥內(nèi)的無線模塊發(fā)送RF射頻信號，控制閥接受到計量表發(fā)來的開關(guān)閥命令，對閥門進行開、關(guān)閥操作。同時上位機可通過M-BUS總線向水表發(fā)送抄數(shù)據(jù)命令，水表回復(fù)累計流量和瞬時流量等數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果是:
(I)本發(fā)明專利計量表和控制閥采用分體式結(jié)構(gòu)，且二者采用無線方式進行通信，避免了采用有線方式在表井潮濕的安裝環(huán)境中通信不可靠的弊端。(2)本發(fā)明專利計量表有M-BUS通信接口，兼容性好，可與小區(qū)現(xiàn)有的M-BUS抄表系統(tǒng)兼容，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，相比較GPRS/GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控降低了運營成本。


附圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)及信號流向示意圖。附圖2為本發(fā)明無線通信模塊RF信號發(fā)送、接收電路。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細(xì)的描述。如附圖1所示:1為計量表，2為控制閥，大口徑無線通信式分體表，計量表與控制閥采用分體式結(jié)構(gòu)，計量表和控制閥的電控部分都設(shè)有無線通信模塊，計量表可與控制閥進行無線通訊，計量表的電控部分設(shè)有M-BUS通信接口，可與上位機通過M-BUS總線進行通信，上位機可向計量表發(fā)送開關(guān)閥命令?？刂崎y電控部分由由中央處理器、閥門控制電路、射頻卡讀卡電路、電源供電電路、讀卡電路電源控制電路、電壓A/D轉(zhuǎn)換控制電路、無線通信模塊組成。中央處理器型號為ATMEGA88，電源由14.4V電池組供電，14.4V電池組經(jīng)過穩(wěn)壓芯片HT7150穩(wěn)壓至5V為中央處理器、讀卡電路提供電源，閥門控制電路的K、G控制端接于中央處理器的的響應(yīng)引腳，閥門控制電路的電源由14.4V電池組提供，閥門控制電路采用傳統(tǒng)的大口徑水表閥門驅(qū)動電路在此不贅述。為了保證在控制閥和計量表通訊異常的情況下閥門能正常的開、關(guān)，特別設(shè)置了通過刷設(shè)置卡(非接觸IC卡)可以正常開、關(guān)閥門的功能，硬件上通過讀卡電路實現(xiàn)，讀卡電路的電源由VCCl提供，讀卡電路電源控制電路輸入端接于中央處理器的PBO引腳，用于對讀卡電路電源的控制，讀卡電路電源控制電路由電阻Rl3、PNP型三極管P4、電容C31組成，讀卡電路電源VCCl由三極管P4的集電極取出向讀卡電路提供電源，讀卡電路用于將外部射頻卡信息經(jīng)讀卡電路至中央處理器。一般情況下，控制閥可與計量表進行正常的無線通信，若通訊異常，可用非接觸IC卡在控制閥上刷卡來實現(xiàn)閥門開、關(guān)，從而保證正常供水。此外，還可在此讀卡電路上實現(xiàn)水費的預(yù)付費功能，讀卡電路的具體實施方式
請參照我公司實用新型專利“可在低電壓下工作的射頻卡讀寫電路”，專利號:ZL200820069508.7。閥門控制電路在開關(guān)閥工作時需要對電池組電壓進行檢測，電壓A/D轉(zhuǎn)換控制電路由若干電阻、NPN型三極管N5、PNP型三極管P5組成，電壓A/D轉(zhuǎn)換控制電路的輸入端接于中央處理器的PB5引腳，輸出端接于中央處理器的ADC6引腳，電池組接于P5的發(fā)射極，P5的基極與N5的集電極經(jīng)電阻R14連接，N5的發(fā)射極接地，N5基極經(jīng)電阻R4接中央處理器的PB5腳，P5的集電極經(jīng)電阻R7接于中央處理器的ADC6引腳，當(dāng)閥門動作時，中央處理器的PB6腳置低電平，則開始進行電壓檢測，檢測結(jié)果經(jīng)中央處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道傳至中央處理器。為了保證大口徑閥門開、關(guān)的可靠性，本發(fā)明還增加了開閥到位檢測、關(guān)閥到位檢測接口。計量表電控部分由中央處理器、超聲波流量測量電路、電壓檢測電路、電源供電電路、顯示電路、M-BUS通信接口電路、無線通信模塊組成，電源由3.6V鋰電池提供，超聲波流量測量電路由專用的超聲波測量芯片TDC-GP21配合順、逆流換能器測得精確的流量信息，超聲波測量芯片將測得的流量信息通過標(biāo)準(zhǔn)SPI方式通訊至中央處理器，顯示電路由中央處理器直接驅(qū)動顯示，電壓檢測電路用于檢測電池電壓，若電壓低于設(shè)定值則顯示無電標(biāo)志，電壓檢測電路的輸入端接電池，輸出端接中央處理器的P4.1引腳，中央處理器型號為MSP430F437。為了便于與現(xiàn)有小區(qū)的M-BUS抄表系統(tǒng)兼容，本發(fā)明計量表的電控部分特別設(shè)有M-BUS遠(yuǎn)傳接口電路，可實現(xiàn)大口徑表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程控制功能?？刂崎y和計量表電控部分的無線通信模塊為同一無線模塊，該無線通信模塊擁有獨立的中央處理器，無線通信模塊由中央處理器、RF無線收發(fā)芯片、信號發(fā)送電路、信號接收電路組成，無線模塊接收信息時，RF無線信號經(jīng)信號接收電路接收至RF無線收發(fā)芯片，無線收發(fā)芯片接到此信號采用SPI方式通信至中央處理器；無線模塊發(fā)射信號時，中央處理器將數(shù)據(jù)信息采用SPI方式通信至RF無線收發(fā)芯片，RF無線收發(fā)芯片將信號經(jīng)發(fā)送電路發(fā)送至外部接收設(shè)備，該中央處理器的型號為ATMEGA88，RF無線收發(fā)芯片型號為CC1100，無線信號發(fā)送電路和信號接收電路通過兩個開關(guān)芯片AS169-73 (U4和U5)實現(xiàn)信號發(fā)送和接收的交替，U4的I腳、U5的6腳接于中央處理器的PDl引腳，U4的3腳、U5的4腳接于中央處理器的PD5引腳，U4的5腳、U5的2腳接地，U4的2腳接射頻天線，U4的6腳與U5的2腳相連接，U4的4腳經(jīng)電容C218、電感L203經(jīng)過場效應(yīng)管放大后接于U5的3腳，U5的5腳接于無線收發(fā)芯片CCllOO的信號輸入/輸出端。無線模塊與控制閥、計量表的主控電路通過標(biāo)準(zhǔn)串口進行通訊。為了保證控制閥與計量表無線模塊通信可靠，本發(fā)明還特別設(shè)計了環(huán)境感知電路，該環(huán)境感知電路用于測量環(huán)境溫度，從而使環(huán)境溫度對射頻通信電路的影響趨于零，控制閥和計量表的無線模塊在交互通信過程頻率自動補償，從而實現(xiàn)了頻率自校準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.口徑無線通信式分體表，含有計量表和控制閥兩部分，其特征是:計量表與控制閥采用分體式結(jié)構(gòu)，計量表和控制閥均設(shè)有電控部分，計量表和控制閥采用無線方式通信，計量表的電控部分設(shè)有M-BUS通信接口，計量表和上位機通過M-BUS總線方式通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑無線通信式分體表，其特征是:計量表電控部分由中央處理器、超聲波流量測量電路、電壓檢測電路、電源供電電路、顯示電路、M-BUS通信接口電路、無線通信模塊組成，電源由3.6V鋰電池提供；超聲波流量測量電路由專用的超聲波測量芯片TDC-GP21配合順、逆流換能器測得精確的流量信息，超聲波測量芯片采用SPI方式將水量信息通信至中央處理器；顯示電路由中央處理器直接驅(qū)動顯示，電壓檢測電路用于檢測電池電壓，若電壓低于設(shè)定值則顯示無電標(biāo)志；無線通信模塊具有獨立的中央處理器，無線通信模塊與計量表電控部分中央處理器采用標(biāo)準(zhǔn)串口通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑無線通信式分體表，其特征是:控制閥的電控部分由中央處理器、閥門控制電路、射頻卡讀卡電路、電源供電電路、讀卡電路電源控制電路、無線通信模塊組成。電源由14.4V電池組供電，讀卡電路電源控制電路接于中央處理器的對應(yīng)引腳，用于對讀卡電路電源的控制，讀卡電路用于將外部射頻卡信息經(jīng)讀卡電路至中央處理器，閥門控制電路的K、G控制端接于中央處理器的的響應(yīng)引腳，閥門控制電路的電源由14.4V電池組提供，無線通信具有獨立的中央處理器，無線通信模塊與控制閥的電控部分中央處理器采用標(biāo)準(zhǔn)串口通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑無線通信式分體表，其特征是:無線通信模塊有獨立的中央處理器，無線通信模塊由中央處理器、RF無線收發(fā)芯片、信號發(fā)送電路、信號接收電路組成，無線模塊接收信息時，RF無線信號經(jīng)信號接收電路接收至RF無線收發(fā)芯片，無線收發(fā)芯片接到此信號采用SPI方式通信至中央處理器；無線模塊發(fā)射信號時，中央處理器將數(shù)據(jù)信息采用SPI方式通信至RF無線收發(fā)芯片，RF無線收發(fā)芯片將信號經(jīng)發(fā)送電路發(fā)送至外部接收設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明大口徑無線通信式分體表，計量表與控制閥采用分體式結(jié)構(gòu)，計量表和控制閥均設(shè)有電控部分，計量表和控制閥采用無線方式通信，計量表的電控部分設(shè)有M-BUS通信接口，計量表和上位機通過M-BUS總線方式通信，主要解決了分體大口徑水表采用電纜連接表、閥所帶來的通信不可靠的弊端，另外計量表的電控部分有M-BUS總線接口，兼容性好，易于遠(yuǎn)程監(jiān)控，配合非接觸IC卡可實現(xiàn)水費的預(yù)付費管理。
文檔編號G08C17/02GK103093599SQ20121048992
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者費戰(zhàn)波, 劉勝利, 董意德 申請人:河南新天科技股份有限公司