专利名称：可变电阻式燃气表无源直读电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电子技术领域，具体涉及一种可变电阻式燃气表无源直读电路。
背景技术：
现有燃气表绝大部分是机械式，也有极少的是采用电子手段进行测量。机械式燃气表利用燃气的流动推动字轮旋转，从而获得流量值；电子式燃气表采用超声波、射流等方式进行检测燃气流量值。因为抄表的需要，燃气表需要把测得的燃气流量值传出，通过射频方式(RF)、近场通信(NFC)、通用分组无线业务(GPRS)等手段最终传到燃气公司的数据库，燃气公司依此进行结算。机械式燃气表利用字轮读数显示燃气流量值，需要人工读数进行手工抄表，费时费工。若如需要进行远程抄表，需要把此机械字轮数转化为电信号，才能进行处理以及传输。具体转换转化方式有如下几种光电直读方式、干簧管方式、霍尔传感器方式、变化电阻方式、编码方式以及摄像式。光电直读方式为一组红外光沿字轮轴线方向穿过字轮，由于字轮开孔位置组合从而获得字轮数值，本方式为字轮实时值。干簧管和霍尔传感器读数方式为是脉冲计数方式，由字轮旋转一圈产生一个脉冲的方式累计从而获得字轮数值，此方式为字轮累计值，需要字轮初始值和累计值方能得到字轮实时值。变化电阻方式为不同的字轮数值对应不同的电阻阻值，通过采集阻值从而获知字轮值，该方式为字轮实时值。编码方式采用编码开关字轮方式，由4个开关不同组合代表字轮值，采集此4个开关的状态获得字轮值，该方式为字轮实时值。摄像式采用拍摄字轮并经过图像处理获得字轮值，该方式为字轮实时值。上述方式中，霍尔方式需要24小时不间断供电，其余则可以在采集数据的时候供电即可。因为燃气为易燃易爆气体，在机械表上使用电子元部件时，不能采用220V市电供应，只能利用电池供电，而电池存在损耗和寿命问题，所以在燃气表的生寿命周期中需要更换电池。这对于用户以及燃气公司来说，存在许多不方便，例如没有及时更换电池，可能会存在无法及时、准确的把燃气用气量传回燃气公司的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种可变电阻式燃气表无源直读电路。本发明包括能量捕获通信�？榈缏贰⒖刂颇？榈缏泛涂杀涞缱璨裳缏贰Ｄ芰坎痘裢ㄐ拍？榈缏钒ㄌ煜吆湍芰坎痘裢ㄐ判酒煜哂肽芰坎痘裢ㄐ判酒樱袢⊥獠慷列瓷璞阜⑸涞纳淦敌藕牛荒芰坎痘裢ㄐ判酒痘竦降纳淦敌藕抛晃缒埽酒旧�、控制�？榈缏泛涂杀涞缱璨裳缏诽峁┑缒埽⑼ü獠慷列瓷璞阜⑸涞纳淦敌藕沤型ㄐ牛研酒诓康氖荽涓獠慷列瓷璞福豢杀涞缱璨裳缏方凳饺计聿煌淖致种底晃杂Φ牟煌缱枳柚担⒆湮缪剐藕牛豢刂颇？榈缏返奈⒋砥鞑杉杀涞缱璨裳缏分械牡缪剐藕牛晃杂Φ淖致胧荩⒂肽芰坎痘裢ㄐ判酒ㄐ牛致胧荽嫒肽芰坎痘裢ㄐ判酒�。所述的能量捕获通信芯片采用同时具有能量捕获功能和通信功能的芯片，通过天线采集到外部读写设备发射的射频信号，并将采集的射频信号转换为电能，射频信号载波频率从低频IOOKHz到高频、超高频以及微波6GHz，能够与发射射频信号的外部读写设备进行通信，以及与控制�？榈缏分械奈⒋砥鹘型ㄐ牛荒芰坎痘裢ㄐ判酒哂刑煜呓涌凇⒌缭词涑龆丝�、通信端口。所述的控制�？榈缏钒ㄎ⒋砥骱透ㄖ缏菲骷ㄖ缏菲骷ǖ缛�、电阻、晶振；所述的微处理器为单片机、Arm或Dsp，具有数据处理�？�、数据通信�？�、电源输入端口和I/O接口 ；微处理器的电源输入端口与能量捕获通信芯片的电源输出端口连接。 辅助电路器件中的电容一般作为旁路电容、去耦电容、谐振电容或者储能电容，用于滤波、 谐振、储能等功能；辅助电路器件中的电阻一般作为上拉电阻或者作为分压、分流电阻；晶振主要是给所述的微处理器提供时钟，也有微处理器内部带有晶振，则可不需要外部晶振； 所述的电容、电阻、晶振采用串联或者并联的方式连接。辅助电路器件为成熟的电子元器件，其连接方式也采用常规的现有技术。所述的可变电阻采样电路包括多个并联的可变电阻分电路，每个可变电阻分电路结构相同，包括一个可变电阻和一个上拉电阻，上拉电阻的一端接微处理器的一个I/o接口或能量捕获通信芯片的电源输出端口，作为电源输入，上拉电阻的另一端与可变电阻的一端连接，作为可变电阻的取样点，取样点与微处理器的一个A/D米样口或者模拟A/D米样的I/O接口连接，可变电阻的另外一端接地。对应机械式燃气表上小数点前的每个字轮设置一个可变电阻，所述的可变电阻包括电阻盘和设置在字轮上的接触柱，电阻盘上设置有电阻带，电阻带为连续电阻或分立电阻；字轮转动时，接触柱随之转动，接触柱与电阻带接触随着字轮转动实现不同的电阻输出。可变电阻结构为成熟的现有技术。本发明的可变电阻式燃气表无源直读电路中没有任何的电源以及长期储能元件例如电池或者大电容，且在不需要抄表的时段，该电路不在工作状态；只有在需要抄表的时候才由外部读写设备发射射频信号，能量采集通信芯片采集外部读写设备发射的射频信号并转换为电能来给系统供电，并通过外部读写设备发射的射频信号进行通信，把芯片内部的数据传输给外部读写设备。根据国家相关无线电管理方面的要求，发射的射频信号功率就有限，所以捕获到的电能更低，即使在抄表时，系统功耗在微瓦级别。本发明实现了无源方式读出数据，不存在电源，实现真正的本质安全。
图I为本发明的系统框图2为本发明的能量捕获通信�？榈缏泛涂刂颇？榈缏吠�3为本发明的可变电阻分电路的电路图4为带接触柱的字轮结构示意图5为电阻盘结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。如图I所示，可变电阻式燃气表无源直读电路包括能量捕获通信�？榈缏�、控制�？榈缏�2和可变电阻采样电路3。能量捕获通信�？榈缏钒ㄌ煜逫和能量捕获通信芯片U1，天线I与能量捕获通信芯片Ul连接，获取外部读写设备发射的射频信号；能量捕获通信芯片Ul将捕获到的射频信号转换为电能，给芯片本身、控制模块电路2和可变电阻采样电路3提供电能，并通过外部读写设备发射的射频信号进行通信，把芯片内部的数据传输给外部读写设备；可变电阻采样电路3将机械式燃气表不同的字轮值转换为对应的不同电阻阻值，并转变为电压信号；控制�？榈缏�2的微处理器U2采集可变电阻采样电路3中的电压信号，转换为对应的字码数据，并与能量捕获通信芯片Ul通信，将字码数据存入能量捕获通信芯片Ul中。能量捕获通信芯片Ul采用同时具有能量捕获功能和通信功能的M24LR16芯片，通过天线I采集到射频信号，并将采集的射频信号转换为电能，射频信号载波频率为 13. 56MHz±7KHz，同时实现与发射射频信号的外部读写设备进行通信，以及与控制�？榈缏�2中的微处理器U2进行通信。如图2所示，M24LR16芯片的2脚和3脚分别与天线I的两端连接，4脚接地，I脚作为电源输出端与控制�？榈缏�2连接；M24LR16芯片的5脚和6脚作为与控制�？榈缏�2 进行通信的端口，通过I2C方式与控制模块电路2中的微处理器U2进行通信；7脚与控制�？榈缏�2连接，是一个开漏输出脚，用于提供与外部读写设备射频通信活动信息给控制�？榈缏�2。当M24LR16芯片通过天线I与外部读写设备进行通信时，M24LR16芯片的7脚输出低电平信号给控制�？榈缏�2，当M24LR16芯片与外部读写设备未进行通信时，M24LR16 芯片的7脚输出高电平信号给控制�？榈缏�2 ；8脚与控制�？榈缏�2连接，为电源输入端， 以驱动M24LR16芯片的5、6、7脚。控制�？榈缏�2包括微处理器U2、第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和晶振CYC1，微处理器U2采用MSP430F4152芯片；M24LR16芯片的8脚与MSP430F4152芯片的13脚、第一电阻Rl — 端、第二电阻R2—端和第三电阻R3 —端连接；M24LR16芯片的7脚与第一电阻Rl的另一端和MSP430F4152芯片的14脚连接；M24LR16芯片的6脚与第二电阻R2的另一端和 MSP430F4152芯片的15脚连接；M24LR16芯片的5脚与第三电阻R3的另一端、第一电容Cl 的一端和MSP430F4152芯片的16脚连接，第一电容Cl的另一端接地；M24LR16芯片的I脚与第二电容C2的一端、第三电容C3的一端、MSP430F4152芯片的7脚和64脚连接，第二电容C2的另一端和第三电容C3的另一端接地；MSP430F4152芯片的8脚与第四电容C4的一端和晶振CYCl的一端连接，9脚与晶振CYCl的另一端和第五电容C5的一端连接，第四电容 C4的另一端和第五电容C5的另一端接地；MSP430F4152芯片的62脚和10脚接地，54脚、 55脚、56脚、57脚、58脚接烧写器。可变电阻采样电路3包括多个并联的可变电阻分电路。如图3所示，每个可变电阻分电路结构相同，包括一个可变电阻Rv和一个上拉电阻R11。上拉电阻Rll的一端接 MSP430F4152芯片的53脚，通过MSP430F4152芯片供电，上拉电阻Rll的另一端与可变电阻 Rv的一端连接，作为可变电阻的取样点S，取样点S与MSP430F4152芯片的一个A/D采样接口连接，MSP430F4152芯片的A/D采样接口分别为3脚、4脚、5脚、6脚、11脚、60脚、61脚和63脚，可变电阻Rv的另外一端接地。如图4和5所示，机械式燃气表上设有多个字轮4，包括小数点后2 3位、小数点前为3 8位,对应小数点前的每个字轮4设置一个可变电阻。可变电阻包括电阻盘6和设置在字轮4上的接触柱5，电阻盘6为一个圆形的绝缘盘，绝缘盘6中间为环形金属盘7 并引出一根线；绝缘盘6上均匀分布着60个分立电阻8，字轮转动时，接触柱5随之转动， 接触柱5的一端保持与环形金属盘7接触，接触柱5的另一端与分立电阻8接触，根据不同的位置输出不同的电阻阻值。每个可变电阻通过输出不同的电阻阻值，对应字轮上的10进制的数字，具体字轮数字与可变电阻的不同电阻值的对应如下表所示
权利要求
1.可变电阻式燃气表无源直读电路，包括能量捕获通信�？榈缏�、控制�？榈缏泛涂杀涞缱璨裳缏罚卣髟谟谀芰坎痘裢ㄐ拍？榈缏钒ㄌ煜吆湍芰坎痘裢ㄐ判酒煜哂肽芰坎痘裢ㄐ判酒樱袢⊥獠慷列瓷璞阜⑸涞纳淦敌藕牛荒芰坎痘裢ㄐ判酒痘竦降纳淦敌藕抛晃缒埽酒旧�、控制�？榈缏泛涂杀涞缱璨裳缏诽峁┑缒埽⑼ü獠慷列瓷璞阜⑸涞纳淦敌藕沤型ㄐ牛研酒诓康氖荽涓獠慷列瓷璞福豢杀涞缱璨裳缏方凳饺计聿煌淖致种底晃杂Φ牟煌缱枳柚担⒆湮缪剐藕牛豢刂颇？榈缏返奈⒋砥鞑杉杀涞缱璨裳缏分械牡缪剐藕牛晃杂Φ淖致胧荩⒂肽芰坎痘裢ㄐ判酒ㄐ牛致胧荽嫒肽芰坎痘裢ㄐ判酒校凰龅哪芰坎痘裢ㄐ判酒捎猛本哂心芰坎痘窆δ芎屯ㄐ殴δ艿男酒ü煜卟杉缴淦敌藕牛⒔杉纳淦敌藕抛晃缒埽芄挥敕⑸渖淦敌藕诺耐獠慷列瓷璞附型ㄐ牛约坝肟刂颇？榈缏分械奈⒋砥鹘型ㄐ牛荒芰坎痘裢ㄐ判酒哂刑煜呓涌�、电源输出端口、通信端口 ；所述的控制�？榈缏钒ㄎ⒋砥骱透ㄖ缏菲骷ㄖ缏菲骷ǖ缛�、电阻、晶振；所述的微处理器为单片机、Arm或Dsp，具有数据处理�？�、数据通信�？�、电源输入端口和I/O接口 ；微处理器的电源输入端口与能量捕获通信芯片的电源输出端口连接；所述的可变电阻采样电路包括多个并联的可变电阻分电路，每个可变电阻分电路结构相同，包括一个可变电阻和一个上拉电阻，上拉电阻的一端接微处理器的一个I/O接口或能量捕获通信芯片的电源输出端口，作为电源输入，上拉电阻的另一端与可变电阻的一端连接，作为可变电阻的取样点，取样点与微处理器的一个A/D米样口或者模拟A/D米样的I/ O接口连接，可变电阻的另外一端接地。
2.如权利要求I所述的可变电阻式燃气表无源直读电路，其特征在于所述的能量捕获通信芯片通过天线采集到射频信号载波频率从低频IOOKHz到高频、超高频以及微波 6GHz。
3.如权利要求I所述的可变电阻式燃气表无源直读电路，其特征在于对应机械式燃气表上小数点前的每个字轮设置一个可变电阻，所述的可变电阻包括电阻盘和设置在字轮上的接触柱，电阻盘上设置有电阻带，电阻带为连续电阻或分立电阻；字轮转动时，接触柱随之转动，接触柱与电阻带接触随着字轮转动实现不同的电阻输出。
全文摘要
本发明涉及一种可变电阻式燃气表无源直读电路。本发明包括能量捕获通信�？榈缏�、控制�？榈缏泛涂杀涞缱璨裳缏�。能量捕获通信�？榈缏钒ㄏ嗷チ拥奶煜吆湍芰坎痘裢ㄐ判酒芰坎痘裢ㄐ判酒痘竦降耐獠慷列瓷璞阜⑸涞纳淦敌藕抛晃缒埽龅缏诽峁┑缒�,并通过射频信号进行通信，把芯片内部的数据传输给外部读写设备；可变电阻采样电路将燃气表不同的字轮值转换为对应的不同电阻阻值，控制�？榈缏返奈⒋砥鹘胁裳淼玫阶致胧荩⒔致胧荽嫒肽芰坎痘裢ㄐ判酒�。本发明实现无源方式读出数据，不存在电源，实现真正的本质安全。
文档编号G01F15/06GK102589631SQ201210052870
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者吴一闽, 杨宏, 王瑞荣 申请人:浙江威星智能仪表股份有限公司
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