CN202915962U

CN202915962U - 一种水表数据采集器

Info

Publication number: CN202915962U
Application number: CN 201220612638
Authority: CN
Inventors: 杨留印; 赵秀丽; 杨光
Original assignee: Beijing Huayun Power Line Carrier Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Huayun Power Line Carrier Technology Co Ltd
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2022-11-19

Abstract

本实用新型提供一种水表数据采集器，其特征在于，包括：流量传感单元、压力测量单元、阀控单元、开关输入单元、微控制器单元、通信单元和供电单元；其中，所述流量传感单元、压力测量单元、阀控单元、开关输入单元、通信单元、供电单元分别与所述微控制器单元连接，并封装于壳体内，所述壳体安装于所述水表的铜口上。本实用新型提供的数据采集控制器，避免因发生***掉电或电缆断线情况时，而使得水表流量数据丢失。

Description

一种水表数据采集器

技术领域

本实用新型涉及一种电子技术领域，特别涉及一种水表数据采集器。

背景技术

水表是测量水流量的仪表。大多是水的累计流量测量。一般分为容积式水表和速度式水表两类。前者的准确度较后者为高，但对水质要求高，水中含杂质时易被堵塞。记录自来水用水量的仪表，装在水管上，当用户放水时，表上指针或字轮转动指出通过的水量。

水表作为供水企业与用户进行结算的唯一计量器具，在供水***中起着极其重要的地位，尤其是大口径水表(简称为大表)的管理，更是举足轻重，所谓大口径水表是指公称口径50mm以上的水表。现有的智能IC卡大口径水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。这与传统水表一般只具有流量采集和机械指针显示用水量的功能相比，是一个很大的进步。一般应用于社区、村庄、企业等总用水量的计量。

传统IC卡水表的计量部分是采用脉冲发信水表和电缆传输流量脉冲，当发生***掉电或电缆断线情况时，流量就会丢失，且丢失的流量无法追回，影响数据的统计，进而给后期工作来带不便。

如何提供一种水表数据采集器，能够克服上述技术问题，成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是如何提供一种水表数据采集器，能够在***掉电或电缆断线的情况下，保证水表数据的正常。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种水表数据采集器，包括：流量传感单元、压力测量单元、阀控单元、开关输入单元、微控制器单元、通信单元和供电单元；其中，所述流量传感单元、压力测量单元、阀控单元、开关输入单元、通信单元、供电单元分别与所述微控制器单元连接，并封装于壳体内，所述壳体安装于所述水表的铜口上。

优选地，所述通信单元为RS485通信接口。

优选地，所述流量传感单元包括：传感器和检测电路；所述传感器垂直于安装在表盘磁针的上方，且与所述检测电路连接；所述检测电路接收所述传感器发送的脉冲信号。

优选地，所述传感器为霍尔传感器。

优选地，所述压力测量单元包括：I/V转换电阻、运算放大器和A/D转换器；所述I/V转换电阻将电压信号发送给所述运算放大器；所述运算放大器再将电压信号发送给所述A/D转换器。

优选地，所述阀控单元包括：防过扭矩电路、继电器驱动电路和继电器；所述防过扭矩电路与所述继电器驱动电路连接；所述继电器驱动电路控制所述阀的开或关。

优选地，所述通信单元为RS485通信接口。

与现有技术相比，本实用新型的特点在于：由于封装采集器的壳体直接安装在水表的铜口上，使得内部的磁传感器可以非接触感应到水表磁针的转动，从而检测到流量脉冲。即使在掉电情况下也能正常计量，安装更加便捷，不需要改变原有的基表结构。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例和现有技术中的技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种水表数据采集器的结构框图；

图2是本实用新型一种水表数据采集器中流量传感单元的结构框图；

图3是本实用新型一种水表数据采集器中的阀控单元的结构框图。

具体实施方式

下面将接合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1所示，图1是本实用新型一种水表数据采集器的结构框图。

本实用新型提供一种水表数据采集器，包括：流量传感单元、压力测量单元、阀控单元、开关输入单元、微控制器单元、通信单元和供电单元；其中，所述流量传感单元、压力测量单元、阀控单元、开关输入单元、通信单元、供电单元分别与所述微控制器单元连接，并封装于壳体内，所述壳体安装于所述水表的铜口上，并与基表共同构成大口径电子远传水表。

本实用新型提供的水表数据采集器用于将水表的机械指示值转换成电脉冲信号，经累加计数后获得累积流量，并通信单元将流量数据进行远距离传送。所述数据采集器兼有控制和驱动电动阀门的功能，它是通过通信单元接收指令来控制阀门开或关操作。

请参考图2所示，图2是本实用新型一种水表数据采集器中流量传感单元的结构框图。

本实用新型提供的水表数据采集器中流量检测，流量传感单元包含霍尔传感器和检测电路。

霍尔传感器垂直于安装在表盘磁针的上方，与磁针的S或N极构成磁感应回路。表盘磁针随着计数齿轮旋转产生交替变化的磁场，交变磁场作用于霍尔传感器感应出一系列正负尖脉冲。霍尔传感器输出的脉冲经过检测电路比较、整形后成为一定宽度的矩形脉冲，然后通过辨向电路分别输出顺流体或逆流体两个方向的计数脉冲。

通过霍尔传感器检测水表计数齿轮的转速，从而得到与用水量成正比的脉冲信号，然后经过微控制器单元（MCU）内部的RAM计数器对脉冲信号连续累加，从获得总体积流量。

用水量保存在MCU内部的FLASH存储器中，数据保存分为以下情况：

每累计一定的用水量时保存（如1立方）；

每次通信时先保存后发送；

电池欠压时立即保存；

发生异常情况时保存（如阀门开或关故障）。

流量累计是在RAM中进行，只有在发生上面任一种情况时，应将RAM中的流量值复制到FRAM存储器中保存或直接写到FRAM。

为了测量管道压力，设计了一种压力测量单元，它由I/V转换电阻、运算放大器和A/D转换器组成。I/V转换的电流取样电阻采用12.5Ω的精密电阻，当输入电流分别为4mA和20mA时，在取样电阻两端获得0.5V和2.5V电压信号，该电压信号直接由运算放大器缓冲后输出到MCU的10位A/D通道P2.0，经A/D转换后获得204～1023数字信号，其压力测量精度可达到满量程的±2%。也就是，本实用新型水表数据采集器提供一路4～20mA的电流输入通道，用于将测量的压力信号转换成0.5～2.5V电压信号，经10位A/D转换后获得10位的二进制值，然后再转换成0～1.00Mpa压力值。

如图3所示，图3是本实用新型一种水表数据采集器中的阀控单元的结构框图。

本实用新型水表数据采集器中的阀控单元，包括：防过扭矩电路、继电器驱动电路和继电器。

防过钮矩电路是为避免阀到位后发生电机堵转而烧毁电机。防过钮矩电路是由两个与门电路构成，每个与门的两个输入端分别接入阀控信号和阀到位信号，通过与逻辑后输出阀控信号。当阀到位信号为高电平时，阀控信号控制有效，而阀到位信号为低电平时，阀控信号控制无效。这样，在阀开或阀关过程中，只要阀开或阀关到位，立即封锁阀控信号，使电机停止运转。

本实用新型提供的水表数据采集器提供阀开或阀关控制输出，用于控制电动蝶阀开或关操作。这两个控阀信号与DI1和DI2阀开/关到位信号共同实现对电动阀门的控制。阀开或关分别由两个继电器进行控制，当继电器触点闭合时，正向或反向接通电源，使电机得电运转，运转方向取决于电源极性。

本实用新型提供的水表数据采集器，除了阀开和阀关到位输入信号外，另外还包括两路开关量输入通道，即“开关输入单元”，主要用于接收报警开关信号。这两路开关输入通道可以接收开关触点或集电极开路信号，输入低电平有效。

本实用新型的水表数据流量控制器提供4通道开关输入，每个通道可接收外部的开关触点或集电极开路门信号，均为低电平有效。4通道开关输入可用于下列功能：

OPS（DII）：用于检测阀开到位信号，高电平时为+12V，低电平时为0V；

CLS（DI2）：用于检测阀关到位信号，高电平时为+12V，低电平时为0V；

DI3、DI4：用于报警开关信号输入，如红外报警开关。

微控制器单元是采用TI公司的MSP430F1232芯片，它是一种具有超低功耗特性的16位单片机，内置4KB+256字节的FLASH存储器、256字节的RAM、1个通用的串行接口、1个定时器、1个比较器、1个WTD定时器、21个输入/输出端口和10位A/D转换器。MSP430F1232有28个管脚，其管脚功能定义如下表所示。

管脚	名称	定义功能	描述
				1	TEST	JATG控制输入	连接到编程插座JT1
2	VCC	+3.0V
				3	P2.5/ROSC	备用
4	VSS	0V
				5	XOUT	32.768KHz晶体输出
6	XIN	32.768KHz晶体输入

7	RST/NMI	JATG控制输入	连接到编程插座JT1
				8	P2.0/ACLK/A0	压力信号输入(PRE_AIN)
9	P2.1/INCLK	主电源中断输入（PFO）	连接到复位电路PFO
				10	P2.2/CAOUT/TAO	电池嵌压中断输入（BLO）
11	P3.0/STE0	RS485接收控制	经I/O接口连接到RS485驱动器RE
				12	P3.1/SIMO0	RS485发送控制	经I/O接口连接到RS485驱动器DE
13	P3.2/SOMI0	I/O接口关闭控制	连接到I/O接口的EN端，低电平有效
				14	P3.3/UCLK0	备用
15	P3.4/TXD0	数据发送（TXD）	连接到MAX3471
				16	P3.5/URXD0	数据接收（RXD）	连接到MAX3471
17	P3.6	阀开控制输出（ALA_OPEN）	连接到插座J3
				18	P3.7	阀关控制输出（ALA_CLOSE）	连接到插座J3
19	P2.3/CA0/TA1	阀开到位输入DI1（ALA_OP_STA）	连接到插座J3
				20	P2.4/CA1/TA2	阀关到位输入DI2（ALA_CL_STA）	连接到插座J3
21	P1.0/TACLK	开关量输入（DI3）	连接到插座J2
				22	P1.1/TA0	开关量输入（DI4）	连接到插座J2
23	P1.2/TA1	计数脉冲输入（SOA）正脉冲	连接到插座J4
				24	P1.3/TA2	计数脉冲输入（SOB）负脉冲	连接到插座J4
25	P1.4/SMCLK/TCK	JATG控制输入	连接到编程插座JT1
				26	P1.5/TA0/TMS	JATG控制输入	连接到编程插座JT1
27	P1.6/TA1/TDI	JATG数据输入	连接到编程插座JT1
				28	P1.7/TA2/TDO/TDI	JATG数据输出	连接到编程插座JT1

当备用电池电压降低到3V以下时产生中断，并置仪表状态字节相应位为1。电池欠压检测是通过分压电阻（分压比为0.8）输入到P2.2口作为信号检测电平，将内部的1.5×VCC作为参考电平，通过内部的1个捕获比较器将信号电平与参考电平相比较，当电池电压跌落到3V时即表示欠压报警。

水表数据采集器是由外部的DC12/24V主电源供电。当主电源上电时产生一个上升沿中断，P2.1口由低变高，由MCU打开总线I/O；当主电源下电时产生一个下降沿中断，P2.1口由高变低，由MCU关闭总线I/O，以节省内部电池消耗。

本实用新型还可以包括通信故障监测单元（图未视），当数据采集控制器与CPU卡控制器之间通信时，如果发现除校验以外的通信错误时，即可作为一次通信故障记录，并置仪表状态字节的相应位=1。

当主电源掉电时，MCU除时钟处于活动状态外，其它均处于休眠状态。在休眠状态下，只有下列情况下可以中断唤醒：

流量脉冲中断唤醒：当流量传感器输入接口接收到一个脉冲下降沿时产生中断，并MCU进行RAM计数。

电池欠压唤醒：当发生电池欠压时产生中断，并唤醒MCU进行电池欠压处理。

主电源上电唤醒：当主电源上电时产生中断，并唤醒MCU进行电源上电处理。

除以上之外，其它中断全部关闭。

MCU的P1.1和P1.2是带中断功能的I/O接口，分别用于接收来自流量传感单元输出的两路脉冲信号：一路为正脉冲，另一路为负脉冲。对于P1.1输入为下降沿触发，对P1.2输入为上降沿触发。P1.2输入脉冲可作为P1.1输入脉冲的参考信号，以确定P1.1输入的脉冲信号有效性。

每接收一个SOA和SOB脉冲进行RAM加1操作。具体实现方法是：

（1）在MCU内部开辟2个RAM计数器，一个SOA和一个SOB计数器。其中SOA和SOB计数器的计数长度均为1字节（00..FFH）；流量寄存器字节长度为32位（在FRAM中）。

（2）设置P1.1和P1.2通道中断优先级，其中P1.1中断优先级应高于P1.2。即在任何时候首先响应P1.1通道中断后，才能响应P1.2通道中断（应设置中断优先级）。

（3）如果P1.1通道产生中断，由SOA中断程序进行RAM加1，接着响应P1.2中断，由SOB中断程序进行RAM加1。

（4）当两个RAM计数器中的值达到计数规定值，例如两个计数值均为100（64H）时，

将SOA和SOB值进行比较，如果SOA=SOB，表示当前计数值有效，否则为计数出错。

对于RWM304V1板本，P1.1的SOA通道用于计数，P1.2的SOB通道用于防磁报警，均采用下跳沿触发。由于在RWM304V1板内部增加了FRAM存储器，所以应在FRAM中设置流量计数器和流量寄存器。具体实现方法是：

（1）在FRAM中，设置1字节的流量计数器，用于RAM加1操作；设置两个4字节的流量寄存器A和B，A为主流量寄存器，B为备用流量寄存器，分别用于保存流量累计结果；设置2字节的错误次数计数器，用于记录累计值错误次数。

（2）打开P1.1口中断，允许输入流量脉冲。

（3）P1.1口每输入1个脉冲，在流量计数器中进行加1操作，当计数值达到设置的1、10或100时，应进行流量单位换算，这决于设置的流量系数，***默认流量系数为1。

（4）当流量计数器中的累计值达到系数设定值时，将累计值除以流量系数值后获得实际流量，单位为立方米。

（5）将换算后的流量值写人流量寄存器A和B。在写流量寄存器时，应按以下步骤操作：

先读出A流量寄存器中的值，并与当前换算后的流量值相加，再写回A流量寄存器；

再读出B流量寄存器中的值，并与当前换算后的流量值相加，再写回B流量寄存器；

将A和B流量寄存中的新值进行比较，如果A=B值，说明数值正确；如果A小于B或A大于B值，说明累计值错误，但允许有±1个数字误差；

如果数值错误，应在水表状态字节相应位写1，直至下一次比较正确时再写回0。数值错误并不应影响累计结果。

将错误次数写入次数计数器，以备读出；

（6）当SOB通道（P1.2）输入为低电平时，且低电平保持时间超过10S，确认外部强磁场攻击，此时应在水表状态字节的“强磁干扰”位设置为1，直至P1.2口恢复为高电平时置0，此时并不能影响正常计数。

（7）在强磁场情况下，如果检测到数值错误，则确认有窃水现象发生，在水表状态字节的“窃水”位设置为1，直至P1.2口恢复为高电平时置0。

本实用新型提供的水表数据采集器的设计指标，可参考下表所示。

本实用新型提供的一种水表数据采集器，由于封装采集器的壳体直接安装在水表的铜口上，使得内部的磁传感器可以非接触感应到水表磁针的转动，从而检测到流量脉冲。即使在掉电情况下也能正常计量，安装更加便捷，不需要改变原有的基表结构。

以上所述仅为本实用新型提供的一种水表数据采集器的优选实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。该实施例中的部件数量并不局限于实施例中所采用的方式，任何在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种水表数据采集器，其特征在于，包括：流量传感单元、压力测量单元、阀控单元、开关输入单元、微控制器单元、通信单元和供电单元；其中，所述流量传感单元、压力测量单元、阀控单元、开关输入单元、通信单元、供电单元分别与所述微控制器单元连接，并封装于壳体内，所述壳体安装于所述水表的铜口上。

2.根据权利要求1所述的水表数据采集器，其特征在于，所述通信单元为RS485通信接口。

3.根据权利要求1所述的水表数据采集器，其特征在于，所述流量传感单元包括：传感器和检测电路；所述传感器垂直于安装在表盘磁针的上方，且与所述检测电路连接；所述检测电路接收所述传感器发送的脉冲信号。

4.根据权利要求3所述的水表数据采集器，其特征在于，所述传感器为霍尔传感器。

5.根据权利要求1所述的水表数据采集器，其特征在于，所述压力测量单元包括：I/V转换电阻、运算放大器和A/D转换器；所述I/V转换电阻将电压信号发送给所述运算放大器；所述运算放大器再将电压信号发送给所述A/D转换器。

6.根据权利要求1所述的水表数据采集器，其特征在于，所述阀控单元包括：防过扭矩电路、继电器驱动电路和继电器；所述防过扭矩电路与所述继电器驱动电路连接；所述继电器驱动电路控制所述阀的开或关。

7.根据权利要求1所述的水表数据采集器，其特征在于，所述通信单元为RS485通信接口。