专利名称：远程智能抄表系统以及用于其集中器的解调电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及总线远程智能控制领域，尤其涉及远程智能抄表系统以及用于其集中器的解调电路。
背景技术：
智能抄表系统即AMR(自动抄表)系统，是将计算机技术、现代通信技术、以及嵌入式技术相结合，实现对流量计量仪(例如，电表、水表、燃气表等)的数据的远程抄收和管理的技术。
近年来，随着无线通信技术的不断发展，出现了面向低成本设备无线联网要求的技术，其被称为ZigBee，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网等。“ZigBee” 一词源于蜜蜂群在发现花粉时，通过跳ZigZag形舞蹈方式来告知同伴，实现“无线”的沟通。ZigBee技术适合应用于一些短距离的无线网络的组网，例如住宅、写字楼、工厂等无线抄表网络，适用于企业内部能耗监测及管理系统，尤其适用于一些布线困难旧楼改造的能耗管理系统中。Meter-Bus是一种仪表总线技术,主要应用于水表、气表和热工仪表等消耗测量仪表的组网。Meter-Bus是专为“三表”抄表系统设计的总线协议，采用一主多从的结构。所有的从机并联在总线上，通过总线实现主从间的通信，并获得工作的电能。总线仅由一对双绞线构成，工作电压为24V，由Meter-Bus主机提供。下行通信采用电压调制方式，上行通信采用电流调制的方法。就目前已应用的AMR系统而言，技术多样，实现方式各异，各有优劣，没有形成统一成熟的标准。现在应用比较普遍的抄表系统是将上述无线技术(例如，ZigBee技术)和有线技术(例如，Meter-Bus技术)结合的智能抄表系统。图I是现有技术的一种智能抄表系统的示意图。该智能抄表系统主要包括三部分协调器、路由器和数据采集器。数据采集器通过有线方式与例如水表(或者，电表或气表)连接，采集水表数据信息，然后将水表数据信息通过无线方式传输给路由器。该路由器主要起到无线自动路由和扩展无线传输距离的作用。该路由器接收到来自数据采集器的数据信息后，再将该数据信息传送给协调器。协调器在接收完数据信息之后，将数据信息封装并传送给上位机以进行分析。现有的抄表系统的有线传输距离最大不超过1000米，同时，数据采集器能挂接的水表数量不超过64只/每数据采集器。
发明内容
本发明要解决的技术问题本申请的发明人考虑到现有技术的上述情况而做出了本发明。本发明的主要目的在于，通过改进远程智能抄表系统的集中器的解调模拟电路，该部分具有分离元器件和集成运算放大器的组合，使得能够输出更大的驱动电流，从而可以挂接更多的计量表。
解决技术问题的手段根据本发明的一个方面，提供了一种用于远程智能抄表系统的集中器的解调电路，所述解调电路包括电压基准电路、采样和低通滤波电路、高通滤波电路、以及放大电路，其中，所述电压基准电路包括分压电路，用来对电源电压进行分压，并将分压后的电压提供到所述放大电路和所述高通滤波电路作为基准电压，所述采样和低通滤波电路对输入信号进行采样和低通滤波，并将滤波后的信号提供到所述高通滤波电路，所述高通滤波电路对来自所述采样和低通滤波电路的信号进行高通滤波，所述放大电路对由所述高通滤波电路进行滤波后的电路进行放大并输出。根据本发明的一个方面，所述分压电路包括串联连接在电源和接地之间的第一电阻和第二电阻、以及第一放大器，经由第一放大器放大并输出由所述分压电路分压后的电压。根据本发明的一个方面，所述采样和低通滤波电路包括第一电容和第三电阻，第一电容连接在所述解调电路的输入点和接地之间，第三电阻与第一电容并联连接。根据本发明的一个方面，所述放大电路包括第四电阻和第六电阻、以及第二放大器，第六电阻连接在第二放大器的第二输入端和输出端之间，第四电阻连接所述电压基准电路的输出端和第二放大器的第二输入端之间。根据本发明的一个方面，所述高通滤波电路包括第二电容和第五电阻，第二电容连接在第二放大器的第一输入端和所述解调电路的输入点之间，第五电阻连接在第二放大器的第一输入端和所述电压基准电路的输出端之间。根据本发明的一个方面，由所述分压电路分压后的电压被提供到第一放大器的第一输入端，第一放大器的输出端连接到所述第一放大器的第二输入端。根据本发明的一个方面，第一电阻与第二电阻的阻值相等。根据本发明的一个方面，提供了一种包括所述集中器的远程智能抄表系统，其中，所述远程智能抄表系统还包括协调器、以及路由器。根据本发明的一个方面，所述协调器通过无线方式经由所述路由器而连接到所述集中器，所述集中器通过有线方式连接到计量表。根据本发明的一个方面，所述无线方式是ZigBee无线连接，所述有线方式是Meter-Bus有线连接。本发明的优点根据本发明的远程智能抄表系统，通过采用具有分离元器件和集成运算放大器的组合的解调电路的集中器，使其能够输出更大的驱动电流，最终实现了在2000米的有线距离下可以挂接多达256只计量表/每集中器。与现有的智能抄表系统对比，本系统具有带负载能力强，有线传输距离远的优点，在实际应用中，直接体现在该系统能挂接的计量表更多。这样，在同样多计量表数量的环境中，只需更少的集中器就能完成抄表任务，大大降低了成本。在现代物业小区不断扩大规模的情况下，本发明的远程智能抄表系统比现有的抄表系统更具有实用价值，更大程度上降 低了施工成本。
图I是示出现有技术的远程智能抄表系统的示意图；图2是示出根据本发明的实施例的远程智能抄表系统的示意图；图3示出了根据本发明的实施例的远程智能抄表系统的集中器的具体结构；图4是示出根据本发明的实施例的远程智能抄表系统的集中器的解调电路的内部构成的电路图；以及图5是示出现有技术的远程智能抄表系统的集中器的解调电路的示意图。
具体实施方式
将通过参考上述附图，通过以下对于实施例的描述来进一步理解本发明。图2是示出根据本发明的实施例的远程智能抄表系统I (以水表14作为计量表的抄表系统为例)的示意图。如图2所示，远程智能抄表系统I主要包括协调器11、路由器12和集中器13。作为示例，协调器11到集中器13之间采用ZigBee无线传输，集中器13与水表14之间采用Meter-Bus有线传输。协调器11接收从上位机(图中未示出)下发的抄表命令数据包，解析抄表命令，然后将抄表命令通过路由器12转发给集中器13，集中器13接收到抄表命令后，循环对所挂接的多个水表14进行读表操作，读表之后，将所读取的水表数据信息通过路由器12转发到协调器11，协调器11收集完水表数据信息后，对该数据信息进行封装，最后，将封装的数据信息传送到上位机以供分析。图3示出了根据本发明的实施例的远程智能抄表系统I的集中器13的具体结构。如图3所示，集中器13包括电源131、中央处理单元(CPU) 132、调制部分134、解调电路133。该远程智能抄表系统I的具体优势在于集中器的解调电路，该部分采用分离元器件和集成运算放大器相结合，使得它能输出更大的驱动电流，从而可以挂接更多的水表。下面，参照图4来更详细地说明根据本发明的实施例的远程智能抄表系统I的集中器13的内部结构。图4是示出根据本发明的实施例的远程智能抄表系统的集中器13的解调电路133的内部构成的电路图。如该图所示，解调电路133包括电压基准电路1331、采样和低通滤波电路1332、高通滤波电路1333、放大电路1334这四个部分。所述电压基准电路1331由电阻R1、R2、以及作为集成电路的放大器ICl构成，电阻Rl和R2串联连接在电源Vcc和接地之间，从而，电阻Rl和R2作为分压电路对电源Vcc进行分压，然后将分压后的电压(电阻Rl、R2之间的节点)连接到由放大器ICl构成的电压跟随器的“正⑴”输入端，输出端得到电压基准Vref，电压基准Vref被提供到放大器ICl的“负㈠”输入端、以及放大电路1334的输入侧。所述采样和低通滤波电路1332由电容Cl和电阻R3构成，电容Cl连接在输入点和接地之间，电阻R3与电容Cl并联连接。通过电阻R3对电流信号进行采样，并转换成电压信号，再通过电容Cl对该电压信号进行滤波，滤除高频噪声。然后，滤波后的电压信号被输入到所述高通滤波电路1333的输入侧。所述高通滤波电路1333由电容C2和电阻R5构成，电容C2连接在放大器IC2的“+”输入端和输入点之间，电阻R5连接在放大器ICl的输出端和放大器IC2的“+”输入端之间。经电容Cl滤波后的电压信号从电容C2的一端(在该图中是C2的右端)输入，并从电阻R5和电容C2的公共端(在该图中是C2的左端)输出，电压信号的低频部分被滤除，并且，滤波后的电压信号被提供到所述放大电路1334的输入侧。所述放大电路1334由电阻R6、R4、以及作为集成电路的放大器IC2构成，电阻R6连接在放大器IC2的输入端和输出端之间，电阻R4连接在放大器ICl的输出端和放大器IC2的输入端之间。所述高通滤波电路1333滤波后的电压信号被输入到放大器IC2的“ + ”端并被放大。所述放大电路1334的放大因子由电阻R6和R4的阻值决定。根据本发明的实施例，首先用采样电阻R3对电流信号进行采样，将电流信号转换成电压信号，然后，电容Cl对电压信号起到滤除高频毛刺的作用。这样，当集中器输出总线端子上挂接多只水表后，采样信号中含有很大的静态负载直流成分，这个直流电压会影响后端放大器的工作点，如果该直流电压达到一定的值，例如达到放大器的工作电压值Vcc，则此时依附在该直流电压上的解调信号的顶部就会偏离Vcc，也就是说，信号的顶部失真。因此，有必要将这个直流成分滤除。根据本发明的实施例，采用高通滤波电路1333将所述直流成分滤除。具体地，挂接在集中器13下的仪表通信频率范围在几千赫兹，本发明的高通滤波器的截止频率点设 计在几百赫兹，不仅有效滤除直流成分，而且将解调信号中的无用低频成分也滤除，这样可以大大减少解调信号中的噪声，更有利于有用信息的解调。然而，将直流电压成分滤除后，采样信号的中间点就是以地电位为基准点的低电压，接近于0V，此时，如果集中器挂接的仪表数量少、负载小，则没有干扰且传输线较短，所有的信号电压都在OV以上，该方法可以满足信号的解调要求。但是，在实际的工程项目中，单个集中器挂接的仪表数量较多，且工程现场存在噪声干扰、以及传输线较长带来的损耗。在有干扰或者负载较多的情况下，信号电压会掉到OV以下而出现负电压，这对于依靠正电压工作的系统来说，不利于信号的解调，会出现解调出错误信息的情况。为了解决这个难题，根据本发明的实施例，采用提升解调信号的电压基准点的方法。例如，可以将解调信号的基准点提升到二分之一的电源电压，也就是Vcc/2，即Rl和R2对电源电压Vcc进行分压，产生Vcc/2的电压，然后将该值输入到由放大器ICl构成的电压跟随器，输出得到一个电压参考基准Vref，那么，解调信号就可以工作在该不变的电压参考基准上。这样，既不会出现因为负载多而偏离电源电压Vcc的情况，又不会出现解调信号电压掉到OV以下的情况。下面参照图5，作为对比，来说明现有技术的解调电路。图5是示出现有技术的远程智能抄表系统的集中器的解调电路的不意图参照图5，在传统集中器的解调电路中，采样信号没有经过滤波，也没有提升解调信号的参考低电压，这样就容易出现解调信号随着集中器挂接的负载的大小而变动，如果负载多、即挂接的仪表多，则信号会向上偏离电源电压Vcc。如果传输线较长、以及现场的干扰噪声强，则信号会向下掉到负电压，这些都不利于有用信号的解调。由此可见，与传统的集中器的解调方法相比，本发明的实施例中的方法增强了系统的抗干扰能力，也大大增加了系统带负载的能力以及传输距离，即单个集中器在距离更远的情况下可以挂接更多的仪表。下面举例说明本发明的实施例的应用。作为示例，某住宅小区采用远程智能抄表系统对小区500余户居民的水表进行集抄。在该远程智能抄表系统中，仅在小区物管处有一个用于读取数据的主机，从机布局在居民楼的楼道中，与用户的水表连接，从机与主机之间通过无线通信方式来传输数据。在上述情况下，若采用传统的远程智能抄表系统，则一个集中器最多可以挂接64只水表，需要I个数据采集器作为主机，需要8个集中器作为从机，才能完成挂接500只水表的任务。如果采用根据本发明的实施例的远程智能抄表系统，则I个集中器可以挂接多达256只水表，只需要2个集中器就可以完成同样的任务。这样，不仅降低了施工难度，还节约了施工成本。综上所述，与现有的智能抄表系统对比，根据本发明的实施例的远程智能抄表系统具有带负载能力强，有线传输距离远的优点，在实际应用中，直接体现在该系统能挂接的计量表更多，这样在同样多计量表数量的环境中，只需更少的集中器就能完成任务，大大降低成本。通过技术改良，与现有的智能抄表系统相比，本抄表系统具体的优势在于本系统集中器的解调模拟电路，该部分采用分离元器件和集成运算放大器相结合，使得它能输出更大的驱动电流，从而可以挂接更多的计量表，最终实现了在2000米的有线距离下可以挂接 多达256只计量表/每集中器。在现代物业小区不断扩大规模的情况下，本智能抄表系统比现有的抄表系统更具有实用价值，更大程度上降低了施工成本。最后，本领域的技术人员能够理解，对本发明的上述实施例能够做出各种修改、变型、以及替换，其均落入如所附权利要求限定的本发明的保护范围。例如，尽管在本发明的上述实施例中，智能抄表系统采用ZigBee无线传输、以及Meter-Bus有线传输来完成抄表和传送功能，然而，本领域的技术人员完全可以理解，本发明不限于上述具体的无线和有线传输方式，本发明还可适用于当前已知的以及将来可能出现的各种其它无线和有线传输方式，只要其符合本发明的概念和精神即可。再者，在上面的实施例中，例示了低通滤波、高通滤波、采样、放大等功能的具体电路实现，然而，本领域的技术人员完全可以理解，本发明还可采用各种当前已知的以及将来可能出现的低通滤波器、高通滤波器、采样器、放大器来实现相应的功能，而其均落入本发明的范围内。
权利要求
1.ー种用于远程智能抄表系统的集中器的解调电路，所述解调电路包括电压基准电路、采样和低通滤波电路、高通滤波电路、以及放大电路， 其中，所述电压基准电路包括分压电路，用来对电源电压进行分压，并将分压后的电压提供到所述放大电路和所述高通滤波电路作为基准电压， 所述采样和低通滤波电路对输入信号进行采样和低通滤波，并将滤波后的信号提供到所述闻通滤波电路， 所述高通滤波电路对来自所述采样和低通滤波电路的信号进行高通滤波， 所述放大电路对由所述高通滤波电路进行滤波后的电路进行放大并输出。
2.如权利要求I所述的解调电路，其中，所述分压电路包括串联连接在电源和接地之间的第一电阻和第二电阻、以及第一放大器，经由第一放大器放大并输出由所述分压电路分压后的电压。
3.如权利要求I所述的解调电路，其中，所述采样和低通滤波电路包括第一电容和第三电阻，第一电容连接在所述解调电路的输入点和接地之间，第三电阻与第一电容并联连接。
4.如权利要求I所述的解调电路，其中，所述放大电路包括第四电阻和第六电阻、以及第二放大器，第六电阻连接在第二放大器的第二输入端和输出端之间，第四电阻连接所述电压基准电路的输出端和第二放大器的第二输入端之间。
5.如权利要求4所述的解调电路，其中，所述高通滤波电路包括第二电容和第五电阻，第二电容连接在第二放大器的第一输入端和所述解调电路的输入点之间，第五电阻连接在第二放大器的第一输入端和所述电压基准电路的输出端之间。
6.如权利要求2所述的解调电路，其中，由所述分压电路分压后的电压被提供到第一放大器的第一输入端，第一放大器的输出端连接到所述第一放大器的第二输入端。
7.如权利要求2所述的解调电路，其中，第一电阻与第二电阻的阻值相等。
8.ー种包括如权利要求I至7中的一个所述的集中器的远程智能抄表系统，其中，所述远程智能抄表系统还包括协调器、以及路由器。
9.如权利要求8所述的远程智能抄表系统，其中，所述协调器通过无线方式经由所述路由器而连接到所述集中器，所述集中器通过有线方式连接到计量表。
10.如权利要求9所述的远程智能抄表系统，其中，所述无线方式是ZigBee无线连接，所述有线方式是Meter-Bus有线连接。
全文摘要
本发明涉及远程智能抄表系统以及用于其集中器的解调电路。所述解调电路包括电压基准电路、采样和低通滤波电路、高通滤波电路、以及放大电路，其中，所述电压基准电路包括分压电路，用来对电源电压进行分压，并将分压后的电压提供到所述放大电路和所述高通滤波电路作为基准电压，所述采样和低通滤波电路对输入信号进行采样和低通滤波，并将滤波后的信号提供到所述高通滤波电路，所述高通滤波电路对来自所述采样和低通滤波电路的信号进行高通滤波，所述放大电路对由所述高通滤波电路进行滤波后的电路进行放大并输出。本系统具有带负载能力强，有线传输距离远的优点，只需更少的集中器就能完成抄表任务，大大降低了成本。
文档编号G08C19/00GK102664589SQ20121012286
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者何乐生, 王威廉, 邓晓光 申请人:昆明高驰科技有限公司