CN204788542U - 一种多供电模式切换的直读式物联网燃气表 - Google Patents

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丁巧
刘飞
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张魏峰
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Abstract

本实用新型公开了一种多供电模式切换的直读式物联网燃气表，包括主控制器和供电单元，所述主控制器输入连接光电直读采样电路，输出连接液晶显示电路，输出控制连接用于控制基表阀门的阀门控制电路，该燃气表还设有与主控制器通讯连接的GPRS通讯模块；所述供电单元包括用于与市电连接的具有市电接口的外电源电路、用于通过干电池接口使用干电池供电的外部电池电路和用于通过锂电池接口采用锂电池供电的内部电池电路。本实用新型多供电模式切换的直读式物联网燃气表采用外电源、干电池、内部锂电池三种智能切换，用户也可以选择不同组合供电方式，各供电电路之间可以相互切换，互不影响，满足了燃气表的用电需求。

Description

一种多供电模式切换的直读式物联网燃气表
技术领域
本实用新型涉及一种多供电模式切换的直读式物联网燃气表。
背景技术
我们国内所使用的民用管道燃气计量装置，一般为膜式燃气表，数据采集全是靠人工挨家挨户进行数据抄收，这样使得数据采集费时费力，且准确性和及时性难以得到保障；另外，燃气表的数据采集器在数据传输过程中容易受到外界干扰而导致机械计数与电子计数不一致，抄录的数据经常出现错误而造成公司与客户之间的纠纷。
为解决数据抄录错误的问题，现在直读式燃气表开始越来越多地进入到我们的日常生活中，例如中国专利CN201335714Y公开了一种光电直读式燃气表，利用字轮、字轮转轴及光发射管、光接收管和单片机相配合，将光敏接收管的信号转换成数字信号并通过通讯模块向外部输出，实现光电直读。不过由于直读式物联网燃气表包含光电直读和GPRS通讯，采集数据通讯时耗电量大，若采用普通燃气表的干电池供电方式会造成用户经常更换电池，给日常生活带来许多不便之处，同时也增加了使用成本。
中国专利CN201903927U公开了一种无线远传IC卡智能燃气表，其供电单元采用外部电池(干电池)和内部电池(锂电池)组合的结构，在外部电池没电或电压过低时切换至内部电池供电，保证燃气表的正常使用。若光电直读式燃气表应用上述供电方式，由于直读式燃气表的耗电量较大，这样的供电方式不能满足使用需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种多供电模式切换的直读式物联网燃气表，以解决传统燃气表供电方式所带来的使用不便及使用成本高的问题。
为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种多供电模式切换的直读式物联网燃气表，包括主控制器和供电单元，所述主控制器输入连接光电直读采样电路，输出连接液晶显示电路，输出控制连接用于控制基表阀门的阀门控制电路，该燃气表还设有与主控制器通讯连接的GPRS通讯模块；所述供电单元包括用于与市电连接的具有市电接口的外电源电路、用于通过干电池接口使用干电池供电的外部电池电路和用于通过锂电池接口采用锂电池供电的内部电池电路。
所述干电池接口与第一切换开关串联后再与市电接口的输出端相连以输出电压信号EA，且市电接口的输出端还与第一切换开关的控制端连接。
所述市电接口的输出端设有两路输出，第一路用于通过第一稳压器输出3.3V电压，第二路用于通过第二稳压器给GPRS通讯模块供电。
所述锂电池接口通过第二切换开关进行供电，所述第二切换开关受主控制器控制。
所述市电接口的输出端与第一稳压器之间设有防倒流二极管D11。
所述市电接口的输出端与第二稳压器之间设有控制开关，所述控制开关受主控制器控制。
所述市电接口、干电池接口及锂电池接口端分别设有用于检测对应接口供电状态的信号检测电路。
干电池接口及锂电池接口端还分别设有用于检测对应干电池电压及锂电池电压的电压检测电路。
本实用新型多供电模式切换的直读式物联网燃气表采用外电源、干电池、内部锂电池三种智能切换，用户也可以选择不同组合供电方式，各供电电路之间可以相互切换，互不影响，解决了由于直读式燃气表耗电量大而采用传统供电方式使用不便及使用成本高的问题，满足了燃气表的用电需求。
各供电电路上还分别设置接反保护电路，以防止电能的浪费。
另外，数据通过GPRS网络上传给收费***，供管理者分析，其网络传输通讯距离不受限制，使抄表员能够现场通过无线方式进行抄表；同时通过GPRS网络也可以实现阶梯气量和气价设置，给燃气公司调价带来方便。
附图说明
图1是本实用新型直读式物联网燃气表的结构原理图；
图2是供电单元电路图；
图3是GPRS模块电路；
图4是阀门控制电路；
图5是微处理器MCU和液晶显示电路；
图6是光电管采样电路。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
如图1所示为本实用新型多供电模式切换的直读式物联网燃气表的结构原理图，由图可知，该燃气表包括主控制器和供电单元，主控制器输入连接光电直读采样电路以采集用户用气情况，输出连接液晶显示电路，输出控制连接用于控制基表阀门的阀门控制电路，主控制器通过判断服务器给的指令，或者用户缴费情况控制阀门开关，并通过液晶显示这些信息；该燃气表还设有与主控制器通讯连接的GPRS通讯模块以将用气数据通过GPRS网络传给服务器；该供电单元通过电源管理为整个***电路供电，包括用于与市电连接的具有市电接口的外电源电路、用于通过干电池接口使用干电池供电的外部电池电路和用于通过锂电池接口采用锂电池供电的内部电池电路。
如图2所示，P9是干电池接口，P10是用于外接电源输入的市电接口，P7是内部锂电池接口。P9的输出端与第一切换开关Q13(本实施例采用MOS管)串联后再与P10的输出端相连以输出电压信号+EA，且P10的输出端还与Q13的控制端连接。
P9及P7端还分别设有用于检测对应干电池电压及锂电池电压的电压检测电路，即R45、R46、R50采样电阻的输入信号BAT_ADC用于检测干电池的电压，R32、R34、R33采样电阻的输入信号LI_ADC用于检测内部锂电池的电压，两个AD信号分别接在主控制器U4的45和49管脚,如图5所示。
P9、P10及P7端还分别设有用于检测对应接口供电状态的信号检测电路，如信号BAT_PD接U4的46管脚，用于检测干电池的供电状态；信号LI_PD接U4的50管脚，用于检测锂电池供电状态；信号POW_DOWN接U4的47管脚，用于检测外接电源的供电状态。
P10与P9的连接端输出的电压信号+EA分为两路，一路通过第一稳压器U6输出3.3V电压，EA与U6之间的防倒流二极管D11的作用是防止在只有内部锂电池供电情况下3.3V通过U6漏电往前级输入电压。C30、C26、C22、C29、C28是电源滤波电容。另外，主控制器U4管脚30的信号GSM_SW输出高电平时，Q12导通，MOS管Q11控制端输入低电平导通，一路电压信号+EA通过MOS管Q11给第二稳压器U5供电，U5稳压器输出电压+4V，给GPRS模块供电，L4是偏压电感，R27、R28是调节输出电压的大小。
锂电池接口P7通过第二切换开关Q10进行供电，Q10受主控制器U4控制。
当采用干电池供电时，由于R39接地，Q13一直处于导通状态，干电池电压信号+EA直接通过D10输出；当采用外接电源供电时，C37、C36是电源滤波电容，一路通过D14输出电压信号+EA，D14起接反保护作用；另一路通过D13拉高Q13的导通控制脚，Q13截止，此时没有干电池供电，这样设计的好处是在有外接电源情况下，通过硬件控制切断干电池供电，从而延长干电池使用寿命；当采用内部锂电池供电时，U4管脚51的信号LI_SW输出低电平，MOS管Q10导通，电压通过D9输出3.3V电压给后级供电。二极管D9是防止在没有锂电池供电情况下，别的电压(干电池或市电)往回流至Q10、R35、R36耗电。
三种电源智能切换方式是：有外接电源供电时，通过硬件把干电池供电切断，再关闭内部锂电池供电，从而延长电池使用寿命；没外接电源供电时，采用干电池给供电，把内部锂电池关了；若MCU通过AD采集读取到干电池电压小于一定范围时，关闭阀门，启用内部锂电池供电，并提醒用户更换电池。
如图3所示，GPRS模块U1采用工业级芯片，J1是SIM卡座，U2是卡座旁的静电保护器件。U4的62管脚信号SIM_KEY输出高电平，Q7导通GPRS模块U1开机。另外，由于GPRS和MCU之间通过串口通讯，U4的串口管脚1和64是3.3V信号，而GPRS模块是4V供电，信号之间电平不一样，所以通过三极管Q8、Q9***器件组成电平转换电路进行电平转换，以防止由于电平信号的不同而影响通讯。
如图4所示，阀门控制电路通过U4的61管脚信号SW_A输出高电平时，三极管Q2、Q5、Q6导通，阀门ON脚为高电平，阀门OFF脚为低电平，阀门打开；U4的60管脚信号SW_B输出高电平时，三极管Q1、Q3、Q4导通，阀门ON脚为低电平，阀门OFF脚为高电平，阀门关闭。另外，法拉电容C2能在主板掉电后为阀门控制电路提供足够的电量来完成关阀，从而能在断电后能安全可靠的关闭阀门，同时在开关阀的过程中也起到供电滤波功能，二极管D3、D4、D5、D6在电路中起保护作用。
如图5所示，主控制器U4采用低功耗MCU，D8、R26、C17是复位电路，C18、C14、Y1组成晶振电路，P3是下载程序接口。D2是液晶显示屏，显示一些用户使用信息，如累积用量、剩余用量、当前购入量等，还可以指示阀关、欠压等告警信息。
如图6所示，光电管采样电路采用对射式直读方式，每个字轮上留有过光孔，在字轮一侧面安装发射二极管，另一侧安装接收光敏二极管。发光管通电后通过过光孔照射到光敏二级管上，由光敏二极管进行光电转换，获取相应的信号电位进行编码，从而获取每个字轮数据情况，准确率达到100％。
本实用新型的燃气表采用光电直读模式采样数据，比之前干簧管脉冲式计数准确性高，误码率低。
以上实施例仅用于帮助理解本实用新型的核心思想，不能以此限制本实用新型，对于本领域的技术人员，凡是依据本实用新型的思想，对本实用新型进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多供电模式切换的直读式物联网燃气表，包括主控制器和供电单元，所述主控制器输入连接光电直读采样电路，输出连接液晶显示电路，输出控制连接用于控制基表阀门的阀门控制电路，其特征在于：该燃气表还设有与主控制器通讯连接的GPRS通讯模块；所述供电单元包括用于与市电连接的具有市电接口的外电源电路、用于通过干电池接口使用干电池供电的外部电池电路和用于通过锂电池接口采用锂电池供电的内部电池电路。
2.根据权利要求1所述的多供电模式切换的直读式物联网燃气表，其特征在于：所述干电池接口与第一切换开关串联后再与市电接口的输出端相连以输出电压信号EA，且市电接口的输出端还与第一切换开关的控制端连接。
3.根据权利要求2所述的多供电模式切换的直读式物联网燃气表，其特征在于：所述市电接口的输出端设有两路输出，第一路用于通过第一稳压器输出3.3V电压，第二路用于通过第二稳压器给GPRS通讯模块供电。
4.根据权利要求1所述的多供电模式切换的直读式物联网燃气表，其特征在于：所述锂电池接口通过第二切换开关进行供电，所述第二切换开关受主控制器控制。
5.根据权利要求3所述的多供电模式切换的直读式物联网燃气表，其特征在于：所述市电接口的输出端与第一稳压器之间设有防倒流二极管D11。
6.根据权利要求3所述的多供电模式切换的直读式物联网燃气表，其特征在于：所述市电接口的输出端与第二稳压器之间设有控制开关，所述控制开关受主控制器控制。
7.根据权利要求1所述的多供电模式切换的直读式物联网燃气表，其特征在于：所述市电接口、干电池接口及锂电池接口端分别设有用于检测对应接口供电状态的信号检测电路。
8.根据权利要求1所述的多供电模式切换的直读式物联网燃气表，其特征在于：干电池接口及锂电池接口端还分别设有用于检测对应干电池电压及锂电池电压的电压检测电路。
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