一种按键与通信功能结合的复用控制电路的制作方法

本实用新型涉及计量仪表控制电路技术领域，具体为一种按键与通信功能结合的复用控制电路。

背景技术：

随着科技进步与物联网技术的飞速发展，市场上对智能产品的需求也越来越旺盛，同时覆盖的产品也越来越多。作为标准计量使用的量测产品，包括智能燃气表、智能水表等也是朝着智能化、网络化、高度集成化方向不断发展。特别是针对智能燃气表、智能水表不断朝着电子采样计量方式发展，对表计的体积大小有了新的要求。随着电子式采样计量的智能燃气表、智能水表产品体积越来越小，再加上智能表计上包含的无线通信模组，还要考虑高频信号等的无线干扰，故留给其它功能电路的设计空间也越来越少。

目前，采用轻触按键电路与近红外通信电路两种电路来满足智能表计的按键控制功能和通讯功能。这两种功能电路占用多个mcu微处理器的i/o口，同时轻触按键多采用机械轻触。机械按键需要在产品表盖结构上留出按键的独立位置、印制电路板上也需要留出轻触按键的放置空间，且通常机械轻触按键在电路板上的占用体积较大。且机械按键防护性较差，安全性能低，机械按键的机械间隙特别是针对有高防护要求的防尘、防水实验有很大的影响，一般很难满足ip68级的防护要求。

如果采用磁感应按键代替机械按键，磁感应按键也很容易受到外界因素干扰，强磁攻击易导致误动作。同时在正常需要操作按键时，还需要外带磁铁等工具触发其工作，与操作功能相似的机械按键方便性相比差的太远，同时考虑到成本等因素磁感应按键多使用干簧管，而干簧管多采用玻璃管封装，故其强度较低，非常容易受到损坏，不利于长途运输。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了提供一种按键与通信功能结合的复用控制电路，既可以替代机械按键或磁感应按键起到按键功能的同时，又能够满足与外界通讯的需求，解决了传统电路占用空间大、防护性差等问题。

为了实现上述发明目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种按键与通信功能结合的复用控制电路，包括用于接收数据的接收单元、用于处理接收单元接收的数据的微处理器和用于发射数据的发射单元，所述接收单元和发射单元连接微处理器；所述微处理器中预设有第一工作模式和第二工作模式，所述发射单元发射检测光，检测光被反射后由接收单元接收，接收单元将反射后的检测光发送给微处理器，微处理器根据接收到的检测光的时长，判断复用控制电路应处于第一工作模式或第二工作模式，并控制复用控制电路处于第一工作模式或第二工作模式中。

复用控制电路设置在燃气表的壳体内，燃气表壳体上设有一个透明视窗，方便接收单元和发射单元与壳体外部进行数据的接收和发射。接收单元和发射单元在激活状态下，工作人员对透明视窗进行遮挡，发射单元发射检测光，检测光在遮挡的透明视窗上反射被接收单元接收，接收单元将接收到的检测光后发送给微处理器。微处理器根据接收到的发射单元发射的检测光的时长，来判断此时复用控制电路处于相应的工作模式下。一般地，工作模式包括通信模式、轻触按键模式和低功耗模式。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的按键与通信功能结合的复用控制电路，具有如下有益效果：

一、采用本实用新型的按键与通信功能结合的复用控制电路，将按键功能电路和通讯功能结合在同一电路中，节省了电路板上电路排布的空间，提高印制板面积的利用率。

二、采用发射单元和接收单元代替传统的机械按键或磁感应按键，降低产品的生产成本。

三、发射单元和接收单元采用光谱触发，替代传统机械按键，无需在产品的表盖上开设按键槽，表盖上没有机械间隙，提高了产品的防水、防尘的等级，进一步提高产品的使用寿命。

四、采用光谱触发，相较与磁感应按键具有较强的抗磁性能，且不存在运输易损坏的问题。

优选的，还包括电源控制单元和供电单元，所述电源控制单元连接微处理器和供电单元，电源控制单元受微处理器控制，电源控制单元分别连接发射单元和接收单元，在微处理器的控制下向发射单元和接收单元供电或断电。利用电源控制单元对发射单元和接收单元的供电独立控制，且通过供电单元为发射单元与接收单元供电，供电单元能够提高较高的工作电流，满足复用控制电路在不同工作模式下所需的工作电流。

优选的，所述电源控制单元包括第一三极管，所述第一三极管的基极连接微处理器的电源控制引脚，第一三极管的发射极连接高电平，第一三极管的集电极连接接收单元和发射单元。

优选的，所述电源控制单元还包括第一电阻和第一电容，所述第一三极管的基极通过第一电阻连接微处理器的电源控制引脚，第一三极管的集电极通过第一电容接地。

其中，第一电阻为第一三极管基极的限流电阻，防止第一三极管发生过流损坏，提高整体电路的稳定性；第一电容用于输入电流的滤波，进一步获得更加平滑稳定的输入电压。

优选的，所述发射单元包括发射二极管、第二三极管，所述第二三极管的发射极连接第一三极管的集电极，第二三极管基极连接微处理器的数据输出引脚，第二三极管的集电极连接发射二极管的正极，所述发射二极管的负极接地。

优选的，所述发射单元还包括第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第二三极管的发射极通过第二电阻连接第二三极管基极，所述第二三极管基极通过第三电阻连接数据输出引脚，第二三极管集电极通过第四电阻连接发射二极管的正极。

其中，第二电阻为第二三极管基极的上拉电阻，保证数据输出引脚在没有数据信号时，保持高电平信号；第三电阻为第二三极管基极的限流电阻，第四电阻为发射二极管的限流电阻，第三电阻和第四电阻分别防止第二三极管或发射二极管发生过流损坏，提高整体电路的稳定性。

优选的，所述接收单元包括接收管和第三三极管，所述接收管的正极连接第二三极管的集电极，接收管的负极连接第三三极管的基极，第三三极管集电极与接收管正极连接后连接微处理器的信数据接收引脚，第三三极管的发射极连接接收管的发射极后接地。

优选的，所述接收单元还包括第五电阻、第六电阻和第七电阻，所述第三三极管基极通过第五电阻连接接收管负极；所述第三三极管集电极通过第六电阻连接接收管正极，所述数据接收引脚连接在第六电阻与第三三极管集电极之间；所述第三三极管发射极通过第七电阻连接接收管的负极，所述第七电阻与第三三极管的连接节点接地。

其中，第五电阻为第三三极管基极的限流电阻，防止第三三极管发生过流损坏，提高整体电路的稳定性；第六电阻为第三三极管基极的上拉电阻，保证数据接收引脚在没有数据信号时，保持高电平信号；第七电阻为基极电压的嵌位电阻。

优选的，所述发射单元包括发射二极管和第八电阻，所述发射二极管的正极通过第八电阻连接微处理器的电源控制引脚，发射二极管的负极接地；所述接收单元包括接收管、第九电阻和第二电容，所述接收管正极通过第九电阻连接微处理器的第一脉冲引脚，接收管负极接地，所述第二电容与接收管并联，所述接收管正极与第二电容连接的节点连接微处理器的第二脉冲引脚。

优选的，所述发射单元包括发射二极管，所述发射二极管采用红外发光二极管；所述接收单元包括接收管，所述接收管采用红外接收二极管或红外接收三极管。

附图说明

图1为本实用新型按键与通信功能结合的复用控制电路实施例的单元连接图；

图2为本实施例1中电路连接示意图；

图3为本实用新型按键与通信功能结合的复用控制电路实施例2的单元连接图；

图4为本实施例2中电路连接示意图。

具体实施方式

下面参考附图来更加详细地描述本发明的实施方式。

实施例1：

如图1所示为本实施例中按键与通信功能结合的复用控制电路的单元连接图，本复用控制电路包括用于接收数据的接收单元、用于处理接收单元接收的数据的微处理器和用于发射数据的发射单元，接收单元和发射单元连接微处理器；微处理器中预设有第一工作模式和第二工作模式，发射单元发射检测光，检测光被反射后由接收单元接收，接收单元将反射后的检测光发送给微处理器，微处理器根据接收到的检测光的时长，判断复用控制电路应处于第一工作模式或第二工作模式，并控制复用控制电路处于第一工作模式或第二工作模式中。其中，还包括电源控制单元和供电单元，电源控制单元连接微处理器和供电单元，电源控制单元受微处理器控制，电源控制单元分别连接发射单元和接收单元，在微处理器的控制下向发射单元和接收单元供电或断电。

复用控制电路设置在燃气表的壳体内，燃气表壳体上设有一个透明视窗，方便接收单元和发射单元与壳体外部的外部通信装置进行数据的接收和发射。接收单元和发射单元在激活状态下，工作人员对透明视窗进行遮挡，发射单元发射检测光，检测光在遮挡的透明视窗上反射被接收单元接收，接收单元将接收到的检测光发送给微处理器。微处理器根据接收到的发射单元发射的检测光的时长，来判断此时复用控制电路处于相应的工作模式下。在本实施例中，发射单元发射的检测光选用红外光。

本实施例将光敏按键与通信功能硬件部分合二为一，与原机械轻触按键电路与近红外通信电路相比占用更少的微处理的i/o口资源，同时节约了机械轻触按键在产品表盖结构上的位置与印制电路板上的放置空间，从而有效提高了印制电路板更高的利用率，可实现更多功能电路的设计。在节省元器件降低产品成本、提高产品寿命与可靠性的同时，本复用控制电路都位于壳体内部，表盖上没有机械间隙，有效提高了产品的ip防护等级，满足高ip的防护要求。

如图2所示为本实施例中复用控制电路的电路连接图，电源控制单元控制发射单元和接收单元的供电,电源控制单元包括三极管q1，三极管q1的基极连接微处理器的电源控制引脚，三极管q1的发射极连接高电平，三极管q1的集电极连接接收单元和发射单元。电源控制单元还包括电阻r1和电容c1，三极管q1的基极通过电阻r1连接微处理器的电源控制引脚，三极管q1的集电极通过电容c1接地。其中，电阻r1为三极管q1基极的限流电阻，防止三极管q1发生过流损坏，提高整体电路的稳定性；电容c1用于输入电流的滤波，进一步获得更加平滑稳定的输入电压。

接收单元包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、接收管d1和三极管q3，接收管d1的正极连接三极管q2的集电极，三极管q3基极通过电阻r5连接接收管d1负极，三极管q3集电极通过电阻r6连接接收管d1正极，三极管q3集电极通过网络标号ir-rxd连接微处理器的信数据接收引脚，三极管q3发射极通过电阻r7连接接收管d1的负极，电阻r7与三极管q3的连接节点接地。其中，电阻r5为三极管q3基极的限流电阻，防止三极管q3发生过流损坏，提高整体电路的稳定性；电阻r6为三极管q3基极的上拉电阻，保证数据接收引脚在没有数据信号时，保持高电平信号；电阻r7为基极电压的嵌位电阻。

发射单元包括二极管d2、三极管q2、电阻r2、电阻r3和电阻r4，三极管q2的发射极连接三极管q1的集电极，三极管q2的发射极通过电阻r2连接三极管q2基极，三极管q2基极通过电阻r3，即网络标号ir-txd，连接数据输出引脚，三极管q2集电极通过电阻r4连接二极管d2的正极，二极管d2的负极接地。其中，电阻r2为三极管q2基极的上拉电阻，保证数据输出引脚在没有数据信号时，保持高电平信号；电阻r3为三极管q2基极的限流电阻，电阻r4为二极管d2的限流电阻，电阻r3和电阻r4分别防止三极管q2或二极管d2发生过流损坏，提高整体电路的稳定性。

电源控制单元的连接电路中，网络标号power-ctrl连接电源控制引脚，微处理器的电源控制引脚输出低电平，低电平经限流电阻r1接入三极管q1的基极。由于三极管的发射极连接在供电单元得到电压vcc，所以三极管q1导通，从而使电压vcc接入到下方的发射电路和接收电路中看，为发射电路和接收电路供电。

其中，ir-txd、ir-rxd与微处理器的urat串口连接。

在本实施例中,复用控制电路具有多种工作模式：其中，第一工作模式为通信模式、第二工作模式为轻触按键模式，微处理器中还预设有复用控制电路不在工作模式时的低功耗模式。微处理器通过表盖上的透明视窗被遮挡的时长，将复用控制电路调整到相应的模式下。下面对每个模式的相应工作原理进行阐述，在下面的工作模式中，发射单元和接收单元均处于通电的激活状态。

通信模式：微处理器通过透明视窗被遮挡的特定时长，判定电路工作在通讯模式时，能够与外部通信装置进行通讯。此时，外部通信装置向接收单元发送光谱指令数据，接收单元接收光谱指令数据后，将光谱指令数据发送给微处理器，微处理器对接收到的光谱指令数据进行处理后得到反馈数据，并将反馈数据经过发射单元发送给外部通信装置，完成燃气表与外部通信装置的数据交互工作。

燃气表的通讯模式一般分为两种，一种为近红外通讯模式，另一种为远程通讯模式。在两种通讯模式中，接收单元、微处理器和发射单元的工作原理基本相同。

下面结合图2中具体的电路连接，对整个电路的工作原理进行分析：

在通信模式下，外部通信装置向接收管d1发送光谱指令数据，接收管d1接收光谱指令数据后导通，电阻r5和电阻r7的节点以及q3三极管的基极为高电平，同时三极管q3的集电极由于电源控制单元的接入也有电压vcc存在，q3三极管的发射极为低电平，从而三极管q3导通ir-rxd网络电平为低电平输入到微处理器。当接收管d1没有接收到光谱指令数据时，三极管q3不导通时，ir-rxd网络通过电阻r3上拉至高电平。

微处理器处理完接收的光谱指令数据之后，经ir-txd网络输出反馈数据，数据中的低电平使三极管q2导通，从而通过二极管d2将微处理的反馈数据发射出光信号。

轻触按键模式：在此工作模式下，电源控制单元同样为发射单元和接收单元供电。当发射单元发射的光谱数据发射到表盖透明视窗上，透明视窗受到遮挡导致光谱数据发射并使接收单元接收，接收单元接收到反射后的光谱数据后将光谱数据发送给微处理器进行处理。复用控制电路在轻触按键模式下，接收单元和发射单元的电路原理与电路工作在通讯模式下时相同。但是，微处理器根据接收到的检测光的时长，判断光敏按键的具体按键功能。

低功耗模式：

当表盖透明视窗被长时间遮挡后，接收单元接收不到光电信号，可设置电源控制电路为低功耗模式，使发射电路和接收电路的电源输入间歇时间加长，以此来降低此复用控制电路的整体功耗，使电路处于低功耗状态。具体地，可以将power-ctrl与微处理器的脉宽调制(pwm)引脚连接，以实现控制降低电路的功耗。当电源控制单元激活后电源控制引脚设置为pwm功能，设置此引脚的脉宽时间，使电源控制单元间歇的开、关相应的时长。低功耗模式可有效降低电路的功耗，从而提高锂电池或碱性电池等电源的使用寿命；

在本实施例中，发射单元包括二极管d2，二极管d2采用红外发光二极管；接收单元包括接收管d1，接收管d1采用红外接收二极管或红外接收三极管。图2和图4中,接收管d1采用红外接收三极管连接进电路中,红外接收二极管未画出。

实施例2:

与实施例1中不同的是，本实施例中不包含有电源控制单元，且发射单元和接收单元采用的电路连接也不同。如图3所示为本实施例复用控制电路的单元连接图，发射单元与接收单元连接微处理器，并通过微处理器供电。

图4为本实施例的具体电路连接图，发射单元包括二极管d2和电阻r8，二极管d2的正极通过电阻r8连接微处理器的电源控制引脚，二极管d2的负极接地；接收电路包括接收管d1、电阻r9和电容c2，接收管d1正极通过电阻r9连接微处理器的第一脉冲引脚，接收管d1负极接地，电容c2与接收管d1并联，接收管d1正极与电容c2连接的节点连接微处理器的第二脉冲引脚。其中，网络标号power-ctrl、网络标号mcu-pulse-pa、网络标号mcu-pulse-pb都与微处理器的i/o连接。发射电路的网络标号power-ctrl直接由微处理器i/o口输出高电平，使二极管d2发射光脉冲信号，并通过外部遮挡与光的反射原理，使接收管d1接收到二极管d2发射的脉冲信号。其中power-ctrl输出高电平时，mcu-pulse-pa也同时输出高电平。在接收到二极管d2发射的脉冲信号后，接收管d1导通，mcu-pulse-pb输出低电平信号输入到微处理器进行数据处理，判断此时复用控制电路的工作模式以及光敏按键的按键功能。本实施例中使用的元器件更小，电路板上使用的空间更少，能够较降低电路成本。

以上是本实用新型的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。