专利名称：水、电、煤气自动抄表数据采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于水、电、煤气表的自动抄表数据采集装置，特别是一种采用电源线载波的水电煤气自动抄表数据采集装置。
目前，水、电、煤气三表的抄表工作仍然采用由抄表员逐楼逐户敲门入室的传统方法来完成的，这样做的弊端很多，费时费力，即不准确又不安全，给广大城镇居民的生活带来了许多不便，无论是住户还是抄表员对以都感到非常头痛，人们期待着能够早日实现户外抄表，国外有的地方已应用了自动抄表系统，实现抄表和记费的自动化，但复杂昂贵，国内虽然认识到实行自动抄表的重大意义，并做了许多工作，但没有取得更大的进展。主要是对于电度表的抄表自动化有磁卡表、联网集中抄表等装置，但因价格、性能的原因难以大面积推广应用，水表、煤气表由于许多条件限制目前仍停留在人工遂户抄表的水平上。中国发明专利CN1123378A公开了一种用遥控方式抄录水、电、煤气的装置，结构复杂，成本高，传输过程难以保证数据的可靠性。因此，迫切需要可靠性高，改造成本低的一种水电煤气自动抄表数据采集装置。
本实用新型的目的在于提供一种能够对水电煤气自动进行数据采集的高可靠性功能强大采用电源线载波的装置。
实现本实用新型方案如下一种水电煤气自动抄表数据采集装置，包括水表、电度表、煤气表、电源线，其特征在于该装置由数据采集及唤醒电路、单片机，调制解调器组成，其中数据采集及唤醒电路中的数据采集是由两个干簧管和一个磁钢组成，它安装在一次表即水电煤气表内，K为干簧管，G为磁钢。当K闭合时S1点电压为高电平，当K打开时，S1点电压为低电平，每两路组成一个通道，由三条线L1、L2、L3接到表头中，当表头指针转动一圈两个干簧管依次闭合、打开，当判断两个干簧管依次闭合一次时则认定指针转动一圈。当L1与L2或L3短路时S1点电压为5V，当L1断，S1点电压为0V。当K由打开到闭合状态时，Si点电压由低电平到高电平，A点由低电平到高电平后，再回到低电平。而B点由高电平到低电平后，再回到高电平，这时就形成一个低电压脉冲，以唤醒单片机工作，当一开始上电时也同样在B点产生一负脉冲唤醒单片机工作。
所述的单片机a、C口(设置为输入方式)和I口的I6、I7一为采集装置的地址信息，地址范围1～1024。
b、L口的L4、L5、L6、L7和G口的G2、G3、G4、G5以及I口I1、I2、I3、I4设置为输入状态用于采样由水、电、煤气表来的脉冲信号。
c、D3、D4输出选定两片模拟开关CD4051的某一片有效，D0、D1、D2选择模拟开关的某个通道有效，I0口输入A/D转换的模拟量信号。
d、G6与调制解调器输出的数字信号相连，D7输出为1为发送状态，O为接收状态。D6输出至调制解调器数字信号输入端。
e、L2为输入唤醒，一个脉冲沿信号可将单片机从HALT状态唤醒。
f、Vref为A/D转换的参考电压、L3口用来判断电源是否掉电。
所述的单片机可以是Cop888CF八位机。
所述的调制解调器为ST7536即一种半双工同步FSK，可工作四个不同频段和二种调特率，由ST7536的CHS和BRS控制，a、发送放大电路由UA、C16、R11等组成输出缓冲和低通滤波器，与推挽放大构成发送放大电路。
b、耦合电路中变压器的作用是把调制解调器与电力线隔离，把输出信号耦合到电力线上，并把电力线上的信号耦合到调制解器输入电路上，滤掉交流220V、50Hz工频信号和载频的二次谐波。变压器L1t=9.4uH，L4t=140uH，电容C与L1+L4构成谐振回路，TRL1为瞬变抑制二极管，用于消除从电力线上耦合过来的强脉冲信号，起到保护调制解调器电路的作用。
c、通过耦合变压器过来的输入信号经放大后输入到ST7536的RA1端，信号电压增益G=40DB。
d、调制解调器有两种工作方式，发送与接收。为减少耗电量和对输入信号的衰减，当调制解调器处于接收状态时，使放大电路停止工作。控制电路控制端为RX/TX，当RX/TX为低电平时，晶体管T3,T4截止，整个放大电路处于掉电状态。
采用本方案1对现有水电煤气表改造最少，投资省，读数精确。2、由于采用单片机控制，数字化、智能化程度高技术先进适合自动化集中管理，并具有多种检错，纠错等多种技术，保障数据从采集到传输过程的高可靠性。还能对数据采集线路的状态如短，断路等进行监测，可对盗用进行自动报警。3、调制解调器的设计以传输条件极差的电力线的特性为基础，使整个装置安装简便灵活，实现电力线载波通讯，4、可实时读取用户的水电煤气用量状况，5、本实用新型采用集成电路以CMOS电路为主，整个装置在接收状态下功耗小于0.1mw，掉电状态下仍可正常工作240小时，有极低功耗。
图1改装表盘机械原理图。
图2本实用新型结构方框图。
图3本实用新型电路原理图。
图4数据采集及唤醒电路原理图。
图5单片机电路原理图。
图6调制解调器电路方框图。
图7调制解调器电路原理图。
以下结合附图详述实施例水、电、煤气自动抄表系统之数据采集装置说明如附图2，该装置主要由单片机、数据采集电路和调制解调电路组成。基本工作原理是单片机由数据采集电路实时从一次表(水、电和煤气表)采集代表用量的脉冲个数、报警和线路(数据采集器与一次表之间)状态(正常、短路和断路)信息并存储下来，二是单片机由调制解调电路接收命令和发送相应的数据。
本实用新型以微处理器为核心，与水表、电表、煤气表相连接，实现数据的采集、存储、处理及传输。能同时接6块表，具有低功耗的HALT工作方式、看门狗、自动唤醒和数据掉电保护等功能，性能指标如下传输信道电力线通讯方式FSK频率67KHZ、72KHZ、82KHZ、86KHZ功耗＜3W(输出方式)＜0.1W(输入方式)电源电压外电源AC220V(10％内电源DC3.6/60mAh环境温度-20℃～60℃环境湿度≤90％本实用新型电路原理图如附图3(1)单片机单片机选用美国国家半导体公司生产的COP888CF八位机，主要特点有全静态CMOS制造工艺；两种节省功耗方式(HALT和IDLE)；单一电源工作2.5V-6.0V；具有预分频器(preealer)和差动方式；单端8通道A/D转换；微总线串行I/O；WATCHDOG和时钟监测、两个定时器、多路输入唤醒中断、软件可选I/O(三态输出、推挽输出、弱上拉输入、高阻抗输入)等。
如附图5a、C口(设置为输入方式)和I口的16、17一为记录卡的地址信息，地址范围1～1024。
b、L口的L4、L5、L6、L7和G口的G2、G3、G4、G5以及I口I1、I2、I3、I4设置为输入状态用于采样由水、电、煤气表来的脉冲信号。
c、D3、D4输出选定两片模拟开关CD4051(如附图1)的某一片有效，D0、D1、D2选择模拟开关的某个通道有效，IO口输入A/D转换的模拟量信号。
d、G6与调制解调器输出的数字信号相连，D7输出为1为发送状态，O为接收状态。D6输出至调制解调器数字信号输入端。
e、L2为输入唤醒，一个脉冲沿信号可将单片机从HALT状态唤醒。
f、Vref为A/D转换的参考电压、L3口用来判断电源是否掉电。
(2)数据采集及唤醒电路数据采集由两个干簧管和一个磁钢组成，它安装在一次表内，如图1K为干簧管，G为磁钢。当K闭合时S1点电压为R1与R1’分压约为R1/(R1+R1’)×Vcc(高电平)，当K打开时，S1点电压为R1/(R1+R2’)×Vcc(低电平)。每两路组成一个通道，由三条线L1、L2、L3接到表头上去，当表头指针转动一圈两个干簧管依次闭合、打开，当判断两个干簧管依次闭合一次时则认定指针转动一圈。正常状态时S1点电压为10/11×5V或1/11×5V。当L1与L2或L3短路时S1点电压为5V，当L1断，S1点电压为0V。各路Si(i=1,2…12)点电压经CD4051到单片机ADI口，由此可判断某些线路短路或断路等故障。当K由打开到闭合状态时，Si点电压由低电平到高电平，A点由低电平到高电平后，再回到低电平。而B点由高电平到低电平后，再回到高电平，这时就形成一个低电压脉冲，以唤醒单片机工作，当一开始上电时也同样在B点产生一负脉冲唤醒单片机工作。(3)调制解调器调制解调器ST7536是一种半双工同步FSK，可工作于4个不同的频段和二种波特率。600波特率有(81.75,82.36KHz)和(67.20、67.80KHz),1200波特率有(71.40,72.60KHz)和(85.95,87.15KHz)，由ST7536的CHS和BRS控制。
接收输入信号最大不超过2Vrms，输入灵敏度分别是2mVrms(600波特率)、mVrms(1200波特率)。发送时对二次谐波衰减约为-53DB。
a、发送放大电路如图7由UA、C16、R11等组成输出缓冲和低通滤波器，与推挽放大如图7构成发送放大电路。
b、如图7变压器的作用是把调制解调器与电力线隔离，把输出信号耦合到电力线上，并把电力线上的信号耦合到调制解器输入电路上，滤掉交流220V.50Hz工频信号和载频的二次谐波。变压器L1t=9.4uH,L4t=140uH，电容c与L1+L4构成谐振回路，L1t与L4t的等效电感量为LEQ=L1t+L4t+2MM=[(L1t(L4t)/2]EXP(1/2)Fres=1/2π(LEQ(C)EXP(1/2)TRL1为瞬变抑制二极管，用于消除从电力线上耦合过来的强脉冲信号，起到保护调制解调器电路的作用。
c．通过耦合变压器过来的输入信号经如图7放大后输入到ST7536的RA1端。信号电压增益G=40DB。
d．调制解调器有两种工作方式发送与接收。为减少耗电量和对输入信号的衰减，当调制解调器处于接收状态时，使放大电路停止工作。控制电路如图(7)，控制端为RX/TX，当RX/TX为低电平时，晶体管T3,T4截止，整个放大电路处于掉电状态。
权利要求1.一种水电煤气自动抄表数据采集装置，包括水表、电度表、煤气表、电源线，其特征在于该装置由数据采集及唤醒电路，单片机，调制解调器组成，其中数据采集及唤醒电路中的数据采集是由两个干簧管和一个磁钢组成，它安装在一次表即水电煤气表内，K为干簧管，G为磁钢，当K闭合时S1点电压为高电平，当K打开时，S1点电压为低电平，每两路组成一个通道，由三条线L1、L2、L3接到表头中，当表头指针转动一圈两个干簧管依次闭合、打开，当判断两个干簧管依次闭合一次时则认定指针转动一圈。当L1与L2或L3短路时S1点电压为5V，当L1断，S1点电压为OV。当K由打开到闭合状态时，Si点电压由低电平到高电平，A点由低电平到高电平后，再回到低电平。而B点由高电平到低电平后，再回到高电平，这时就形成一个低电压脉冲，以唤醒单片机工作，当一开始上电时也同样在B点产生一负脉冲唤醒单片机工作。
2.根据权利要求1的水电煤气自动抄表数据采集装置，其特征在于所述的单片机a、C口(设置为输入方式)和I口的I6、I7一为采集装置的地址信息，地址范围1～1024。b、L口的L4、L5、L6、L7和G口的G2、G3、G4、G5以及I口I1、I2、I3、I4设置为输入状态用于采样由水、电、煤气表来的脉冲信号。c、D3、D4输出选定两片模拟开关CD4051的某一片有效，D0、D1、D2选择模拟开关的某个通道有效，I0口输入A/D转换的模拟量信号。d、G6与调制解调器输出的数字信号相连，D7输出为1为发送状态，O为接收状态。D6输出至调制解调器数字信号输入端。e、L2为输入唤醒，一个脉冲沿信号可将单片机从HALT状态唤醒。f、Vref为A/D转换的参考电压，L3口用来判断电源是否掉电。
3.根据权利要求2的水电煤气自动抄表数据采集装置，其特征在于所述的单片机可以是Cop888CF八位机。
4.根据权利要求1或2的水电煤气自动抄表数据采集装置，其特征在于所述的调制解调器为ST7536即一种半双工同步FSK，可工作四个不同频段和二种调特率，由ST7536的CHS和BRS控制，a、发送放大电路由UA、C16、R11等组成输出缓冲和低通滤波器，与推挽放大构成发送放大电路。b、耦合电路中变压器的作用是把调制解调器与电力线隔离，把输出信号耦合到电力线上，并把电力线上的信号耦合到调制解器输入电路上，滤掉交流220V、50Hz工频信号和载频的二次谐波。变压器L1t=9.4uH,L4t=140uH，电容C与L1+L4构成谐振回路，TRL1为瞬变抑制二极管，用于消除从电力线上耦合过来的强脉冲信号，起到保护调制解调器电路的作用。c、通过耦合变压器过来的输入信号经放大后输入到ST7536的RA1端，信号电压增益G=40DB。d、调制解调器有两种工作方式，发送与接收。为减少耗电量和对输入信号的衰减，当调制解调器处于接收状态时，使放大电路停止工作。控制电路控制端为RX/TX，当RX/TX为低电平时，晶体管T3,T4截止，整个放大电路处于掉电状态。
专利摘要一种水电煤气自动抄表数据采集装置,包括水表、电度表、煤气表、电源线,其特征在于:该装置由数据采集及唤醒电路、单片机,调制解调器组成。采用本方案对现有水电煤气表改造最少,投资省,读数精确。由于采用单片机控制,数字化、智能化程度高技术先进适合自动化集中管理,并具有多种检错,纠错等多种技术保障数据从采集到传输过程的高可靠性。既适合老区改造又适合新区建设。
文档编号G01D4/00GK2343575SQ9823868
公开日1999年10月13日 申请日期1998年8月26日 优先权日1998年8月26日
发明者邹宏声, 万冬春, 徐爱民, 孙璐璐 申请人:大连楼宇自动化设计研究院