用于超声波水表的电源及容量检测模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于超声波水表的电源及容量检测�？椋ㄎ⒋砥�、双电池供电及稳压电路、硬件看门狗及放电电路、电池欠压检测电路、电池掉电检测电路、外部电压基准芯片；双电池供电及稳压电路与微处理器的电源端口连接，为其供电；硬件看门狗及放电电路的一端与双电池供电及稳压电路连接，其另一端与微处理器的复位端口连接；电池欠压检测�？橛胛⒋砥髁樱坏绯氐舻缂觳饽？橛胛⒋砥髁樱煌獠康缪够夹酒胛⒋砥鞯缪共慰级丝诹�。本实用新型采用双电池供电方式来增大电池容量，并通过单通道线性稳压器输出稳定的3V工作电压。本实用新型即能保证计量误差的精确性、又能满足电池长期驱动以及系统长期稳定运行。
【专利说明】用于超声波水表的电源及容量检测�？�
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于超声波水表的电源及容量检测�？�。
【背景技术】
[0002]现在市场上使用的超声波水表大多采用电池供电，且大多数内置一颗电池，由于超声波水表本身属于计量产品，必须保证计量误差的精度，故大多数超声波水表采取加快测量信号的采集频率来保证计量误差的精度，虽然加快测量信号的采集频率确实能提高计量误差的精度，但却会带来一个非常严重的问题，就是增加超声波水表的功耗，导致超声波水表无法满足电池长期驱动的要求，降低了超声波热量表的使用寿命，故限制了超声波水表的应用。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种即能保证计量误差的精确性、又能满足电池长期驱动以及系统长期稳定运行的用于超声波水表的电源及容量检测�？�。
[0004]本实用新型提供的这种用于超声波水表的电源及容量检测�？椋ㄎ⒋砥�、双电池供电及稳压电路、硬件看门狗及放电电路、电池欠压检测电路、电池掉电检测电路、外部电压基准芯片；双电池供电及稳压电路与微处理器的电源端口连接，为其供电；硬件看门狗及放电电路的一端与双电池供电及稳压电路连接，其另一端与微处理器的复位端口连接；电池欠压检测�？橛胛⒋砥鞯�1端口连接；电池掉电检测�？橛胛⒋砥鞯�1端口连接；外部电压基准芯片与微处理器电压参考端口连接。
[0005]所述双电池供电及稳压电路包括两节电池和单通道线性稳压器，两节电池分别经过两个二极管正向导通后汇合形成电压一，电压一再与单通道线性稳压器的输入端连接，单通道线性稳压器的输出端输出稳定的3V工作电压。所述电池采用锂亚电池。
[0006]所述硬件看门狗及放电电路包括硬件看门狗和放电电路；放电电路包括三极管V5、电阻R7、电阻R8 ;硬件看门狗的复位管脚通过一电阻与所述电压一连接；该复位管脚还通过电阻R8与三极管V5的基极连接，三极管V5的发射极通过电阻R7与所述3V工作电压连接，其集电极接地。
[0007]所述微处理器采用美国TI公司的型号为MSP430F4793的自带高精度12位模数转换器ADC12的十六位处理器芯片。所述单通道线性稳压器采用美国TI公司的型号为TPS78230的稳压器芯片。所述硬件看门狗采用美国MAXM公司的型号为MAX6864的芯片。所述外部电压基准芯片采用美国TI公司的型号为REF3112的电压基准芯片。
[0008]本实用新型通过两节锂亚电池实现双电池供电方式来增大电池容量,并通过宽电压输入的单通道线性稳压器LDO输出稳定的3V工作电压。为了保证微处理器的正常工作，通过硬件看门狗对微处理器进行时时侦测，当微处理器发生死机时会对电源进行复位；为了保证在这种情况下电源的正常复位，同时增加了放电电路。本实用新型的电池容量的检测包括电池欠压的检测和电池掉电检测方式两种。电池的欠压检测主要通过测量出电池的电压来进行，当电池电压高于2.4V且低于或等于2.9V时，微处理器会判断电池欠压，电池电压的测量主要采用自带高精度的12位模数转换器的微处理器和高精度的外部电压基准芯片，后者确保电池电压模数转化的精确性。电池掉电检测主要利用串联分压电路对两节电池电压分别进行分压，直接连到微处理器的两个比较器，通过微处理器自动判断，掉电检测的判断依据是电池电压低于或等于2.4V。
[0009]此外本实用新型通过采用超低功耗的微处理器、单通道线性稳压器LD0、硬件看门狗和外部电压基准芯片来降低功耗；同时在进行电池容量检测时，采用可通过微处理器引脚控制检测电路是否工作的方式来进一步降低整个系统的功耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的结构示意图。
[0011]图2是本实用新型的双电池供电及稳压电路、硬件看门狗及放电电路图。
[0012]图3是本实用新型的微处理器电路图。
[0013]图4是本实用新型的电池欠压检测电路图。
[0014]图5是本实用新型的电池掉电检测量电路图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0016]如图1所示，本实用新型包括微处理器、双电池供电及稳压电路、硬件看门狗及放电电路、电池欠压检测电路、电池掉电检测电路、外部电压基准芯片；双电池供电及稳压电路与微处理器的电源端口连接，为其供电；硬件看门狗及放电电路的一端与双电池供电及稳压电路连接，其另一端与微处理器的复位端口连接；电池欠压检测�？橛胛⒋砥鞯�1端口连接；电池掉电检测�？橛胛⒋砥鞯�1端口连接；外部电压基准芯片与微处理器电压参考端口连接。
[0017]本实用新型的微处理器采用美国TI公司的型号为MSP430F4793的自带高精度12位模数转换器ADC12的十六位处理器芯片。单通道线性稳压器采用美国TI公司的型号为TPS78230的稳压器芯片。硬件看门狗采用美国MAXM公司的型号为MAX6864的芯片。外部电压基准芯片采用美国TI公司的型号为REF3112的电压基准芯片。
[0018]本实用新型可采用电压为3.6V、容量为19AH的锂亚电池。由于采用双电池供电，因此电池容量总共为38AH。在双电池供电及稳压电路中，可采用宽电压输入单通道线性稳压器(LD0)，其输入2.2~5.5V，静态电流为I u A，能输出稳定的3V电压。硬件看门狗可采用电压输入为0.3~6V、复位时间为1.8秒、看门狗喂狗时间为3.3秒的超低功耗的芯片。
[0019]本实用新型的核心部分为双电池供电及稳压电路以及硬件看门狗及放电电路。
[0020]如图2所示，本实用新型的双电池供电及稳压电路包括锂亚电池VBIT1、锂亚电池VBIT2和单通道线性稳压器Dl。
[0021]锂亚电池VBITl和锂亚电池VBIT2分别经过两个二极管(二极管V2和二极管V3)正向导通后，形成3.6V的电压VBB ;该电压VBB与单通道线性稳压器Dl的第I脚VIN相连，由此3.6V的输入电压通过单通道线性稳压器Dl的第5脚OUT输出稳定的3V工作电压VCC。
[0022]硬件看门狗及放电电路包括硬件看门狗D3和放电电路。放电电路包括三极管V5、电阻R7、电阻R8 ;硬件看门狗的复位管脚通过电阻R4与电压VBB连接；该复位管脚还通过电阻R8与三极管V5的基极连接，三极管V5的发射极通过电阻R7与3V工作电压连接，其集电极接地。
[0023]单通道线性稳压器Dl的使能端第3脚EN与硬件看门狗D3的第I脚/Reset相连。当微处理器出现死机的情况时，硬件看门狗D3的第I脚/Reset会拉低，对电源进线复位，保证整个微处理器的正常工作，同时为了保证工作电压VCC在硬件看门狗的复位期间完全掉下，增加了由工作电压VCC、硬件看门狗D3的第I脚/Reset、电阻R7、电阻R8和三极管V5组成的放电电路。
[0024]本实用新型的容量检测，主要包括:微处理器D4、电池欠压检测电路、外部电压基准芯片D5和电池掉电检测电路。
[0025]如图3和图4所示，电池的欠压检测主要通过直接测量出电池的电压来进行，采用微处理器D4自带的高精度12位模数转换器和高精度的外部电压基准芯片D5，将电池电压的模拟信号转换成数字信号提供给微处理器D4，当电池电压高于2.4V且低于或等于2.9V时，微处理器D4会判断电池欠压。
[0026]为了降低电池电压测量过程中的功耗，在电池欠压检测中，采用通过微处理器D4控制欠压检测电路是否工作的方式来进一步降低功耗，即:微处理器D4的EN_C_BAT1引脚控制三极管V8的导通；同时微处理器再将三极管V8与三极管V6 —起配合来控制锂亚电池VBITl的电池电压的测量。另外，微处理器D4的EN_C_BAT2引脚控制三极管V9的导通，同时微处理器再将三极管V9与三极管V7 —起配合来控制锂亚电池VBIT2的电池电压的测量。
[0027]外部电压基准芯片D5能输出1.25V的基准电压。该芯片共3个引脚1、2、3，分别为输入、地、输出，其中第I引脚为参考电压使能引脚/EN_VREF，此引脚与微处理器D4相连，便于微处理器D4对外部电压基准芯片D5进行控制；其第3引脚直接与微处理器D4的VREF引脚相连，给微处理器D4提供模数转换的外部参考电压。
[0028]微处理器D4自带高精度12位模数转换器ADC12，ADC12�？榫哂懈咚俣龋ㄓ眯缘忍氐�。ADC12�？槭怯梢韵录父霾糠�:输入的16路模拟开关，ADC电压参考源，ADC12内核，ADC时钟源部分。微处理器通过使用单通道进行ADC转换，电压参考源使用外部电压基准芯片D5提供的1.25V的外部参考电压。两个电池逐一进行电池电压的测量，都是利用电阻R15和电阻R18两个电阻串联进行分压，该分压点与微处理器D4的A/D引脚A0.0+相连。当微处理器D4进行电压测量时，微处理器D4的A/D引脚接收到电池电压的模拟电信号后，内部的12位模数转换器ADC12快速进行ADC模数转换。因为ADC模数转换的电压参考源是使用外部电压基准芯片D5提供的1.25V作为外部参考电压，因此模数转换器ADC12的t+=VeKEF+，Nr=Avss0 1+是模数转换器ADC12模块的最大值的参考电压源，V ^是模数转换器ADC12�？榈淖钚≈档牟慰嫉缪乖矗碫,+=l.25V, V,_=0V。当输入模拟电压信号等于或高于V,+时，模数转换器ADC12转换满幅输出，此时输出值为0XFFF。当输入模拟电压信号等于或小高于1_时，模数转换器ADC12转换输出为0，此时输出值为0X0000，模数转换器ADC12模拟电压转换公式为:Nadc=4095X (Vin - VrJ/(Vr+ - Vj，通过上述方法可以得到分压点的电压值，再通过分压原则，最终求得电池的电压值。
[0029]如图3和图5所示，电池掉电检测电路主要利用串联分压电路对两节电池电压分别进行分压，直接接入至微处理器的两个比较器，通过微处理器D4自动判断。锂亚电池VBITl通过电阻R22和电阻R25进行分压，分压点与微处理器D4的CHECKl比较器连接。CHECKl比较器的参考电压为1.2V。锂亚电池VBIT2通过电阻R23和电阻R26进行分压，分压点与微处理器D4的CHECK2比较器连接。CHECK2比较器的参考电压为1.5V。由于两个比较器的参考电压不同，两路的分压电阻的阻值也不相同，但掉电检测的判断依据都是电池电压低于或等于2.4V。
[0030]为了降低掉电检测过程中的功耗，在电池掉电检测中，采用通过微处理器D4引脚控制掉电检测电路是否工作的方式来进一步降低功耗，即:通过微处理器D4的/EN_PD弓丨脚来控制本实用新型的电池掉电检测电路是否工作。
[0031 ] 本实用新型集成于超声波水表中，通过双电池供电及稳压电路为微处理器提供稳定的3V工作电源，由于是双电池供电，因此加大了电池的容量，降低了超声波水表的对功耗要求，有利于加快测量信号的采集频率来提高超声波水表计量误差的精度。同时通过硬件看门狗对微处理器进行时时侦测，当微处理器发生死机时会对电源进行复位，保证整个微处理器的正常工作；并通过放电电路来保证微处理器复位的及时进行。由于超声波水表本身属于电池供电，电池的容量总有耗尽的时候，因此，本实用新型里同时增加了电池欠压检测电路和电池掉电检测电路，当电池电压高于2.4V且低于或等于2.9V时，微处理器会判断电池欠压，此时超声波水表需要有电池欠压的报警提示，但超声波水表仍能正常运行，当电池电压低于或等于2.4V时，微处理器会判断为掉电，此时超声波水表需要保存相关计量数据，但不能保证超声波水表能正常运行。
【权利要求】
1.一种用于超声波水表的电源及容量检测�？椋ㄎ⒋砥鳎涮卣髟谟冢媚？榛拱ㄋ绯毓┑缂拔妊沟缏�、硬件看门狗及放电电路、电池欠压检测电路、电池掉电检测电路、外部电压基准芯片；双电池供电及稳压电路与微处理器的电源端口连接，为其供电；硬件看门狗及放电电路的一端与双电池供电及稳压电路连接，其另一端与微处理器的复位端口连接；电池欠压检测�？橛胛⒋砥鞯�1端口连接；电池掉电检测�？橛胛⒋砥鞯�1端口连接；外部电压基准芯片与微处理器电压参考端口连接。
2.根据权利要求1所述的用于超声波水表的电源及容量检测模块，其特征在于，所述双电池供电及稳压电路包括两节电池和单通道线性稳压器，两节电池分别经过两个二极管正向导通后汇合形成电压一，电压一再与单通道线性稳压器的输入端连接，单通道线性稳压器的输出端输出稳定的3V工作电压。
3.根据权利要求2所述的用于超声波水表的电源及容量检测�？椋涮卣髟谟冢龅绯夭捎蔑堑绯�。
4.根据权利要求2所述的用于超声波水表的电源及容量检测�？椋涮卣髟谟冢鲇布疵殴芳胺诺绲缏钒ㄓ布疵殴泛头诺绲缏罚环诺绲缏钒ㄈ躒5、电阻R7、电阻R8 ;硬件看门狗的复位管脚通过一电阻与所述电压一连接；该复位管脚还通过电阻R8与三极管V5的基极连接，三极管V5的发射极通过电阻R7与所述3V工作电压连接，其集电极接地。
5.根据权利要求1所述的用于超声波水表的电源及容量检测�？椋涮卣髟谟冢鑫⒋砥鞑捎妹拦鶷I公司的型号为MSP430F4793的自带高精度12位模数转换器ADC12的十六位处理器芯片。
6.根据权利要求2所述的用于超声波水表的电源及容量检测�？椋涮卣髟谟冢龅ネǖ老咝晕妊蛊鞑捎妹拦鶷I公司的型号为TPS78230的稳压器芯片。
7.根据权利要求4所述的用于超声波水表的电源及容量检测�？椋涮卣髟谟冢鲇布疵殴凡捎妹拦鶰AX頂公司的型号为MAX6864的芯片。
8.根据权利要求1所述的用于超声波水表的电源及容量检测模块，其特征在于，所述外部电压基准芯片采用美国TI公司的型号为REF3112的电压基准芯片。
【文档编号】G01R31/36GK204228221SQ201420738032
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】张慧娟, 蒋罗庚, 赵永球 申请人:湖南威铭能源科技有限公司
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