一种计量测控闸门控制装置的制作方法

本实用新型涉及闸门自动控制技术领域，尤其是一种计量测控闸门控制装置。

背景技术：

目前在我国末级渠道计量和控制是农业灌溉用水计量的一个薄弱环节，大部分采用传统的手动控制和按时间估算用量的方式进行控制和管理。由于安装现场非常恶劣，现场具有无市电供电、闸门生锈、控制手动落后、计量不标准、用量数据不直观、数据无法上报实时、破损发现不及时、无法预付费控制的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种计量测控闸门控制装置，解决现场无市电供电、闸门生锈、控制手动落后、计量不标准、用量数据不直观、数据上报实时、破损发现不及时、无法预付费控制的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种计量测控闸门控制装置，包括壳体和壳体内部的电路板，所述电路板包括：主控单片机、外部继电器控制电路、开关量输入电路、闸门电机控制电路、流量计量通信电路、LCD液晶背光控制电路和远程通信电路；所述外部继电器控制电路的输入端与主控单片机连接，外部继电器控制电路的输出端与闸门电机的控制端连接；开关量输入电路的输入端与设置于闸门处的若干到位开关连接，开关量输入电路的输出端与主控单片机连接；闸门电机控制电路的输入端与主控单片机连接，闸门电机控制电路的输出端与闸门电机的控制端连接；流量计量通信电路的输入端与渠道流量计的输出端连接，流量计量通信电路的输出端与主控单片机连接；主控单片机的输出端与LCD液晶背光控制电路连接；主控单片机通过远程通信电路与上位机连接。

进一步地，所述主控单片机还与供电电路连接，所述供电电路包括电压转换电路、主备电源切换电路和电池电压检测电路；电压转换电路的输入端与24V电源连接，电压转换电路的输出端与电路板的电路模块供电端连接；主备电源切换电路的输入端分别与IN24V电源和电池BAT24V连接，输出端与电压转换电路的输入端连接；电池电压检测电路的输入端与电池BAT24V连接，输出端与主控单片机连接。

进一步地，所述外部继电器控制电路包括三极管Q17和继电器KC2，三极管Q17的输入端与主控单片机连接，三极管Q17的输出端与继电器KC2的线圈回路连接，继电器KC2的触点端与闸门电机的控制端连接。

进一步地，所述开关量输入电路包括闸门顶部到位检测输入电路、闸门底部到位检测输入电路、闸门中部到位检测输入电路、箱门开关输入电路；闸门顶部到位检测输入电路包括隔离芯片LP8，隔离芯片LP8的输入端与闸门顶部到位开关连接，输出端与主控单片机连接；闸门底部到位检测输入电路包括隔离芯片LP9，隔离芯片L9的输入端与闸门底部到位开关连接，输出端与主控单片机连接；闸门中部到位检测输入电路包括隔离芯片LP10，隔离芯片LP10的输入端与闸门中部到位开关连接，输出端与主控单片机连接；箱门开关输入电路包括隔离芯片LP11，隔离芯片L11的输入端与箱门开关连接，输出端与主控单片机连接。

进一步地，所述闸门电机控制电路包括光耦LPX2，光耦LP12，光耦LP13；所述光耦LPX2的输入端与主控单片机连接，输入脉冲控制信号；输出端与电机驱动器的脉冲控制端连接；光耦LP12的输入端与主控单片机连接，输入方向控制信号，输出端与电机驱动器的方向控制端连接；光耦LP13的输入端与主控单片机连接，输入使能控制信号，输出端与电机驱动器的使能控制端连接。

进一步地，所述流量计量通信电路包括信号隔离芯片UA3、信号隔离芯片UA4，信号隔离芯片UA3的使能输入端、数据发送端和数据接收端分别与主控单片机连接，数据通信端与流量计通信连接；信号隔离芯片UA4的使能输入端、数据发送端和数据接收端分别与主控单片机连接，数据通信端与流量计通信连接。

进一步地，所述LCD液晶背光控制电路包括三极管Q14，三极管Q14的基极与主控单片机连接，三极管Q14的集电极与供电电路的输出端连接，三极管Q14的发射极与LCD背光电源的控制端连接。

进一步地，所述远程通信电路包括通信隔离芯片UM4，通信隔离芯片UM4的数据输入输出端与主控单片机连接，数据通信端与上位机远程连接。

本实用新型的有益效果是，

本实用新型提供的低功耗物联网渠道计量测控一体闸绝大部分工作在微功耗状态，根据设定工作模式，按需供电给所需使用的模块，一般包括工作模式和休眠模式，工作模式时所需外设处于全速工作状态，实现实时显示用水数据、精确用水计量、状态与计量数据实时上报、IC卡刷卡、闸门自动控制；休眠模式时外设停止供电，低功耗物联网渠道计量测控一体闸进入低功耗运行状态，并按设定时间进行唤醒对设备进行自检。自检项目包括电池电量检测、根据电池电量进行激活动作、闸门防锈动作，状态及数据上报等。因本装置安装现场非常恶劣，这种系统有效解决现场无市电供电、闸门生锈、控制手动落后、计量不标准、用量数据不直观、数据上报实时、破损发现不及时、无法预付费控制的问题。

附图说明

图1是本实用新型计量测控闸门控制装置结构示意图；

图2是主控单片机引脚连接原理图；

图3是24V转12V电路原理图；

图4是12V转5V电路原理图；

图5是5V转3.3V电路原理图；

图6是主备电源切换电路原理图；

图7是电池电量检测电路原理图；

图8是外部继电器控制电路原理图；

图9是闸门顶部到位检测输入电路原理图；

图10是闸门底部到位检测输入电路原理图；

图11是闸门中部到位检测输入电路原理图；

图12是箱门开关输入电路原理图；

图13是电机驱动器的脉冲控制电路原理图

图14是电机驱动器的方向控制电路原理图；

图15是电机驱动器的使能控制电路原理图

图16是信号隔离芯片UA3电路原理图；

图17是信号隔离芯片UA4电路原理图；

图18是LCD液晶背光控制电路原理图；

图19是远程通信电路原理图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。

如图1所示，一种计量测控闸门控制装置，包括壳体和壳体内部的电路板，电路板包括：主控单片机、外部继电器控制电路、开关量输入电路、闸门电机控制电路、流量计量通信电路、LCD液晶背光控制电路和远程通信电路；外部继电器控制电路的输入端与主控单片机连接，外部继电器控制电路的输出端与闸门电机的控制端连接；开关量输入电路的输入端与设置于闸门处的若干到位开关连接，开关量输入电路的输出端与主控单片机连接；闸门电机控制电路的输入端与主控单片机连接，闸门电机控制电路的输出端与闸门电机的控制端连接；流量计量通信电路的输入端与渠道流量计的输出端连接，流量计量通信电路的输出端与主控单片机连接；主控单片机的输出端与LCD液晶背光控制电路连接；主控单片机通过远程通信电路与上位机连接。

如图2所示，主控单片机包括主控单片机芯片CPU1与晶振电路、复位电路连接，主控单片机芯片CPU1的8、9引脚与32.768晶振X3电路连接，CPU1的12、13引脚与8M晶振X4连接；CPU1的6脚为与RTC备用电源电路连接，RTC备用电源电路一端通过D29与3.3V连接，另一端通D30与BAT2连接；CPU1的14引脚与复位电路连接；CPU1的22脚与基准电源电路连接，基准电源电路有UL2芯片TL431提供；CPU1的24脚与J11报警电路连接；CPU1的引脚67-69与4G通信模块连接；CPU1的51-54引脚与存储芯片连接；CPU1的55-63引脚为控制引脚，包括4G电源控制、12V输出控制、LCD背光控制、步进电机正反控制、步进电机脉冲控制、485芯片接收控制等；CPU1的64引脚与掉电检测电路连接，掉电检测电路通过UP4芯片HT7044A输出；CPU1的84-87引脚为开关量输入检测电路，另一端与LP8，LP9，LP10，LP11连接；CPU1的29-33与RC522刷卡模块连接。

如图3、图4、图5所示，电压转换电路的输入端与24V电源连接，电压转换电路的输出端与电路板的电路模块供电端连接；电压转换电路包括24V转12V电路和、2V转5V电路和5V转3.3V电路。UP5是输出12V，给4G通信模块、12V继电器、外部12V供电；UP6为5V电压输出，给LCD背光、485芯片、SP232芯片U7、J17以太网芯片、UT2键盘芯片供电；UP7为LDO将5V转换为3.3V电压输出，给CPU1主控单片机、UF2存储芯片、LCD模块、UW2图像采集芯片供电。

如图6所示，主备电源切换电路的输入端分别与IN24V电源和电池BAT24V连接，输出端与24V转12V电路的输入端连接；

如图7所示，电池电压检测电路的输入端与电池BAT24V连接，输出端与主控单片机连接。

如图8所示，外部继电器控制电路包括三极管Q17和继电器KC2，三极管Q17的输入端与主控单片机连接，三极管Q17的输出端与继电器KC2的线圈回路连接，继电器KC2的触点端与闸门电机的控制端连接，通过Q17的通断来控制KC2的断开和闭合。外部继电器用于控制外部电机的供电，当系统处于休眠或者低功耗工作时，MCU通过控制外部继电器来断开闸门电机的供电，防止误操作或漏电情况发生。

如图9至图12所示，开关量输入电路包括闸门顶部到位检测输入电路、闸门底部到位检测输入电路、闸门中部到位检测输入电路、箱门开关输入电路；闸门顶部到位检测输入电路包括隔离芯片LP8，隔离芯片LP8的输入端与闸门顶部到位开关连接，输出端与主控单片机连接；闸门底部到位检测输入电路包括隔离芯片LP9，隔离芯片L9的输入端与闸门底部到位开关连接，输出端与主控单片机连接；闸门中部到位检测输入电路包括隔离芯片LP10，隔离芯片LP10的输入端与闸门中部到位开关连接，输出端与主控单片机连接；用于MCU矫正闸门位置及防止电机堵转。箱门开关输入电路包括隔离芯片LP11，隔离芯片L11的输入端与箱门开关连接，输出端与主控单片机连接。当用户打开箱门时系统根据当前状态生成启动唤醒、拍照取证、报警上报等事件。

如图13至图15所示，闸门电机控制电路包括光耦LPX2，光耦LP12，光耦LP13；所述光耦LPX2的输入端与主控单片机连接，输入脉冲控制信号；输出端与电机驱动器的脉冲控制端连接；光耦LP12的输入端与主控单片机连接，输入方向控制信号，输出端与电机驱动器的方向控制端连接；光耦LP13的输入端与主控单片机连接，输入使能控制信号，输出端与电机驱动器的使能控制端连接。

如图16、图17所示，流量计量通信电路包括信号隔离芯片UA3、信号隔离芯片UA4，信号隔离芯片UA3的使能输入端、数据发送端和数据接收端分别与主控单片机连接，数据通信端与流量计通信连接；信号隔离芯片UA4的使能输入端、数据发送端和数据接收端分别与主控单片机连接，数据通信端与流量计通信连接。

如图18所示，LCD液晶背光控制电路包括三极管Q14，三极管Q14的基极与主控单片机引脚56连接，三极管Q14的集电极与供电电路的输出端连接，三极管Q14的发射极与LCD背光电源的控制端连接，LCD液晶背光控制电路通过Q14的通断来控制LCD背光电源。

如图19所示，远程通信电路包括通信隔离芯片UM4，通信隔离芯片UM4的数据输入输出端与主控单片机连接，数据通信端与上位机远程连接。

在使用时，先安装巴歇尔槽及渠道流量计、太阳能板及管理装置、闸门安装，然后进行设备调试及基本参数设置，最后进行功能测试。随后依照现场实际情况使用设定装置的工作参数。比如服务中心设置、状态及数据上报时间、渠道流量计采集时间间隔、自动检修间隔、低电量报警值等，随后将会自动转入低功耗工作状态，只有用户刷卡使用时才进行全速工作状态。低功耗休眠时并根据设定的时间间隔自动进行数据采集、自检、状态和数据远传、电量采集等工作，完成后自动进入低功耗工作。根据设定工作模式，按需供电给所需使用的模块，一般包括工作模式和休眠模式，工作模式时所需外设处于全速工作状态，实现实时显示用水数据、精确用水计量、状态与计量数据实时上报、IC卡刷卡、闸门自动控制；休眠模式时外设停止供电，低功耗物联网渠道计量测控一体闸进入低功耗运行状态，并按设定时间进行唤醒对设备进行自检。自检项目包括电池电量检测、根据电池电量进行激活动作、闸门防锈动作，状态及数据上报等。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。