專利名稱：一種可變電阻式燃氣表無源直讀電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可變電阻式燃氣表無源直讀電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有燃氣表絕大部分是機械式，也有極少的是采用電子手段進行測量。機械式燃氣表利用燃氣的流動推動字輪旋轉(zhuǎn)，從而獲得流量值；電子式燃氣表采用超聲波、射流等方式進行檢測燃氣流量值。因為抄表的需要，燃氣表需要把測得的燃氣流量值傳出，通過射頻方式(RF)、近場 通信(NFC)、通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)等手段最終傳到燃氣公司的數(shù)據(jù)庫，燃氣公司依此進行結(jié)算。機械式燃氣表利用字輪讀數(shù)顯示燃氣流量值，需要人工讀數(shù)進行手工抄表，費時費工。若如需要進行遠程抄表，需要把此機械字輪數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號，才能進行處理以及傳輸。具體轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化方式有如下幾種光電直讀方式、干簧管方式、霍爾傳感器方式、變化電阻方式、編碼方式以及攝像式。光電直讀方式為一組紅外光沿字輪軸線方向穿過字輪，由于字輪開孔位置組合從而獲得字輪數(shù)值，本方式為字輪實時值。干簧管和霍爾傳感器讀數(shù)方式為是脈沖計數(shù)方式，由字輪旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個脈沖的方式累計從而獲得字輪數(shù)值，此方式為字輪累計值，需要字輪初始值和累計值方能得到字輪實時值。變化電阻方式為不同的字輪數(shù)值對應(yīng)不同的電阻阻值，通過采集阻值從而獲知字輪值，該方式為字輪實時值。編碼方式采用編碼開關(guān)字輪方式，由4個開關(guān)不同組合代表字輪值，采集此4個開關(guān)的狀態(tài)獲得字輪值，該方式為字輪實時值。攝像式采用拍攝字輪并經(jīng)過圖像處理獲得字輪值，該方式為字輪實時值。上述方式中，霍爾方式需要24小時不間斷供電，其余則可以在采集數(shù)據(jù)的時候供電即可。因為燃氣為易燃易爆氣體，在機械表上使用電子元部件時，不能采用220V市電供應(yīng)，只能利用電池供電，而電池存在損耗和壽命問題，所以在燃氣表的生壽命周期中需要更換電池。這對于用戶以及燃氣公司來說，存在許多不方便，例如沒有及時更換電池，可能會存在無法及時、準確的把燃氣用氣量傳回燃氣公司的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種可變電阻式燃氣表無源直讀電路。本實用新型包括能量捕獲通信模塊電路、控制模塊電路和可變電阻采樣電路。能量捕獲通信模塊電路包括天線和能量捕獲通信芯片，天線與能量捕獲通信芯片連接，獲取外部讀寫設(shè)備發(fā)射的射頻信號；能量捕獲通信芯片將捕獲到的射頻信號轉(zhuǎn)換為電能，給芯片本身、控制模塊電路和可變電阻采樣電路提供電能，并通過外部讀寫設(shè)備發(fā)射的射頻信號進行通信，把芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸給外部讀寫設(shè)備；可變電阻采樣電路將機械式燃氣表不同的字輪值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的不同電阻阻值，并轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?；控制模塊電路的微處理器采集可變電阻采樣電路中的電壓信號，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的字碼數(shù)據(jù)，并與能量捕獲通信芯片通信，將字碼數(shù)據(jù)存入能量捕獲通信芯片中。所述的能量捕獲通信芯片采用同時具有能量捕獲功能和通信功能的芯片，通過天線采集到外部讀寫設(shè)備發(fā)射的射頻信號，并將采集的射頻信號轉(zhuǎn)換為電能，射頻信號載波頻率從低頻IOOKHz到高頻、超高頻以及微波6GHz，能夠與發(fā)射射頻信號的外部讀寫設(shè)備進行通信，以及與控制模塊電路中的微處理器進行通信；能量捕獲通信芯片具有天線接口、電源輸出端口、通信端口。所述的控制模塊電路包括微處理器和輔助電路器件，輔助電路器件包括電容、電阻、晶振；所述的微處理器為單片機、Arm或Dsp，具有數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、電源輸入端口和I/O接口 ；微處理器的電源輸入端口與能量捕獲通信芯片的電源輸出端口連接。輔助電路器件中的電容一般作為旁路電容、去耦電容、諧振電容或者儲能電容，用于濾波、諧振、儲能等功能；輔助電路器件中的電阻一般作為上拉電阻或者作為分壓、分流電阻；晶振主要是給所述的微處理器提供時鐘，也有微處理器內(nèi)部帶有晶振，則可不需要外部晶振；所述的電容、電阻、晶振采用串聯(lián)或者并聯(lián)的方式連接。輔助電路器件為成熟的電子元器件，其連接方式也采用常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)。 所述的可變電阻采樣電路包括多個并聯(lián)的可變電阻分電路，每個可變電阻分電路結(jié)構(gòu)相同，包括一個可變電阻和一個上拉電阻，上拉電阻的一端接微處理器的一個I/o接口或能量捕獲通信芯片的電源輸出端口，作為電源輸入，上拉電阻的另一端與可變電阻的一端連接，作為可變電阻的取樣點，取樣點與微處理器的一個A/D米樣口或者模擬A/D米樣的I/O接口連接，可變電阻的另外一端接地。對應(yīng)機械式燃氣表上小數(shù)點前的每個字輪設(shè)置一個可變電阻，所述的可變電阻包括電阻盤和設(shè)置在字輪上的接觸柱，電阻盤上設(shè)置有電阻帶，電阻帶為連續(xù)電阻或分立電阻；字輪轉(zhuǎn)動時，接觸柱隨之轉(zhuǎn)動，接觸柱與電阻帶接觸隨著字輪轉(zhuǎn)動實現(xiàn)不同的電阻輸出。可變電阻結(jié)構(gòu)為成熟的現(xiàn)有技術(shù)。本實用新型的可變電阻式燃氣表無源直讀電路中沒有任何的電源以及長期儲能元件例如電池或者大電容，且在不需要抄表的時段，該電路不在工作狀態(tài)；只有在需要抄表的時候才由外部讀寫設(shè)備發(fā)射射頻信號，能量采集通信芯片采集外部讀寫設(shè)備發(fā)射的射頻信號并轉(zhuǎn)換為電能來給系統(tǒng)供電，并通過外部讀寫設(shè)備發(fā)射的射頻信號進行通信，把芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸給外部讀寫設(shè)備。根據(jù)國家相關(guān)無線電管理方面的要求，發(fā)射的射頻信號功率就有限，所以捕獲到的電能更低，即使在抄表時，系統(tǒng)功耗在微瓦級別。本實用新型實現(xiàn)了無源方式讀出數(shù)據(jù)，不存在電源，實現(xiàn)真正的本質(zhì)安全。

圖I為本實用新型的系統(tǒng)框圖；圖2為本實用新型的能量捕獲通信模塊電路和控制模塊電路圖；圖3為本實用新型的可變電阻分電路的電路圖；圖4為帶接觸柱的字輪結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為電阻盤結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0018]
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明。如圖I所示，一種可變電阻式燃氣表無源直讀電路包括能量捕獲通信模塊電路、控制模塊電路2和可變電阻采樣電路3。能量捕獲通信模塊電路包括天線I和能量捕獲通信芯片U1，天線I與能量捕獲通信芯片Ul連接，獲取外部讀寫設(shè)備發(fā)射的射頻信號；能量捕獲通信芯片Ul將捕獲到的射頻信號轉(zhuǎn)換為電能，給芯片本身、控制模塊電路2和可變電阻采樣電路3提供電能，并通過外部讀寫設(shè)備發(fā)射的射頻信號進行通信，把芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸給外部讀寫設(shè)備；可變電阻采樣電路3將機械式燃氣表不同的字輪值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的不同電阻阻值，并轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺豢刂颇K電路2的微處理器U2采集可變電阻采樣電路3中的電壓信號，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的字碼數(shù)據(jù)，并與能量捕獲通信芯片Ul通信，將字碼數(shù)據(jù)存入能量捕獲通信芯片Ul中。能量捕獲通信芯片Ul采用同時具有能量捕獲功能和通信功能的M24LR16芯片，通過天線I采集到射頻信號，并將采集的射頻信號轉(zhuǎn)換為電能，射頻信號載波頻率為13. 56MHz±7KHz，同時實現(xiàn)與發(fā)射射頻信號的外部讀寫設(shè)備進行通信，以及與控制模塊電路2中的微處理器U2進行通信。如圖2所示，M24LR16芯片的2腳和3腳分別與天線I的兩端連接，4腳接地，I腳作為電源輸出端與控制模塊電路2連接；M24LR16芯片的5腳和6腳作為與控制模塊電路2·進行通信的端口，通過I2C方式與控制模塊電路2中的微處理器U2進行通信；7腳與控制模塊電路2連接，是一個開漏輸出腳，用于提供與外部讀寫設(shè)備射頻通信活動信息給控制模塊電路2。當M24LR16芯片通過天線I與外部讀寫設(shè)備進行通信時，M24LR16芯片的7腳輸出低電平信號給控制模塊電路2，當M24LR16芯片與外部讀寫設(shè)備未進行通信時，M24LR16芯片的7腳輸出高電平信號給控制模塊電路2 ；8腳與控制模塊電路2連接，為電源輸入端，以驅(qū)動M24LR16芯片的5、6、7腳?？刂颇K電路2包括微處理器U2、第一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5和晶振CYC1，微處理器U2采用MSP430F4152芯片；M24LR16芯片的8腳與MSP430F4152芯片的13腳、第一電阻Rl —端、第二電阻R2—端和第三電阻R3 —端連接；M24LR16芯片的7腳與第一電阻Rl的另一端和MSP430F4152芯片的14腳連接；M24LR16芯片的6腳與第二電阻R2的另一端和MSP430F4152芯片的15腳連接；M24LR16芯片的5腳與第三電阻R3的另一端、第一電容Cl的一端和MSP430F4152芯片的16腳連接，第一電容Cl的另一端接地；M24LR16芯片的I腳與第二電容C2的一端、第三電容C3的一端、MSP430F4152芯片的7腳和64腳連接，第二電容C2的另一端和第三電容C3的另一端接地；MSP430F4152芯片的8腳與第四電容C4的一端和晶振CYCl的一端連接，9腳與晶振CYCl的另一端和第五電容C5的一端連接，第四電容C4的另一端和第五電容C5的另一端接地；MSP430F4152芯片的62腳和10腳接地，54腳、55腳、56腳、57腳、58腳接燒寫器。可變電阻采樣電路3包括多個并聯(lián)的可變電阻分電路。如圖3所示，每個可變電阻分電路結(jié)構(gòu)相同，包括一個可變電阻Rv和一個上拉電阻R11。上拉電阻Rll的一端接MSP430F4152芯片的53腳，通過MSP430F4152芯片供電，上拉電阻Rll的另一端與可變電阻Rv的一端連接，作為可變電阻的取樣點S，取樣點S與MSP430F4152芯片的一個A/D采樣接口連接，MSP430F4152芯片的A/D采樣接口分別為3腳、4腳、5腳、6腳、11腳、60腳、61腳和63腳，可變電阻Rv的另外一端接地。如圖4和5所示，機械式燃氣表上設(shè)有多個字輪4，包括小數(shù)點后2 3位、小數(shù)點前為3 8位,對應(yīng)小數(shù)點前的每個字輪4設(shè)置一個可變電阻?？勺冸娮璋娮璞P6和設(shè)置在字輪4上的接觸柱5，電阻盤6為一個圓形的絕緣盤，絕緣盤6中間為環(huán)形金屬盤7并引出一根線；絕緣盤6上均勻分布著60個分立電阻8，字輪轉(zhuǎn)動時，接觸柱5隨之轉(zhuǎn)動，接觸柱5的一端保持與環(huán)形金屬盤7接觸，接觸柱5的另一端與分立電阻8接觸，根據(jù)不同的位置輸出不同的電阻阻值。每個可變電阻通過輸出不同的電阻阻值，對應(yīng)字輪上的10進制的數(shù)字，具體字輪數(shù)字與可變電阻的不同電阻值的對應(yīng)如下表所示
字輪讀數(shù)I可變電阻阻值范圍(K Ω )o'O^. 99
T~5.99
2~Q. 99
9~11.99
I12^14.99
F15^17.99
6~18^20.99
~21^23.99
8~24^26.99
9\27-29.99該可變電阻式燃氣表無源直讀電路的工作過程為外圍讀寫設(shè)備發(fā)送射頻信號(RF)，天線I接收此射頻信號，并把射頻信號輸給能量捕獲通訊芯片Ul轉(zhuǎn)化為電能，提供給能量捕獲通訊芯片Ul和微處理器U2，微處理器U2運行后通過第53腳輸出電壓給可變電阻采樣電路3，然后微處理器U2的A/D采樣口通過采樣并轉(zhuǎn)換，獲得燃氣表字輪數(shù)據(jù)，然后關(guān)閉53腳的輸出。微處理器U2的第13腳輸出電壓給能量捕獲通訊芯片Ul的Vcc腳，并檢測微處理器U2的第14腳，如果為低電平則表示能量捕獲通訊芯片Ul處于RF寫數(shù)據(jù)或者正在執(zhí)行RF命令，就不能執(zhí)行I2C通訊。微處理器U2進入低功耗模式，當檢測到高電平，則微處理器U2與能量捕獲通訊芯片Ul進行I2C通訊，把獲得的字輪數(shù)據(jù)寫入能量捕獲通訊芯片Ul的存儲器。寫入完畢后斷開I2C通訊。外部讀寫設(shè)備可以再通過射頻信號讀取能量捕獲通訊芯片內(nèi)存儲的字輪數(shù)據(jù)。外部讀寫設(shè)備與M24LR16進行通訊支持IS015693、IS018000-3協(xié)議。能量捕獲通信芯片還可以采用兩個芯片組合的方式其中一個芯片為能量捕獲芯片，該芯片具有能量捕獲的功能，但無法與微處理器進行通信；另一個芯片為通信芯片，該芯片利用能量捕獲芯片供電，一端連接微處理器，獲取微處理器采集的字輪數(shù)值，采用射頻方式與外部讀寫設(shè)備進行通信。
權(quán)利要求1.一種可變電阻式燃氣表無源直讀電路，包括能量捕獲通信模塊電路、控制模塊電路和可變電阻采樣電路，特征在于能量捕獲通信模塊電路包括天線和能量捕獲通信芯片，天線與能量捕獲通信芯片連接，獲取外部讀寫設(shè)備發(fā)射的射頻信號；能量捕獲通信芯片將捕獲到的射頻信號轉(zhuǎn)換為電能，給芯片本身、控制模塊電路和可變電阻采樣電路提供電能，并通過外部讀寫設(shè)備發(fā)射的射頻信號進行通信，把芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸給外部讀寫設(shè)備；可變電阻采樣電路將機械式燃氣表不同的字輪值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的不同電阻阻值，并轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?；控制模塊電路的微處理器采集可變電阻采樣電路中的電壓信號，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的字碼數(shù)據(jù)，并與能量捕獲通信芯片通信，將字碼數(shù)據(jù)存入能量捕獲通信芯片中； 所述的能量捕獲通信芯片采用同時具有能量捕獲功能和通信功能的芯片，通過天線采集到射頻信號，并將采集的射頻信號轉(zhuǎn)換為電能，能夠與發(fā)射射頻信號的外部讀寫設(shè)備進行通信，以及與控制模塊電路中的微處理器進行通信；能量捕獲通信芯片具有天線接口、電源輸出端口、通信端口 ； 所述的控制模塊電路包括微處理器和輔助電路器件，輔助電路器件包括電容、電阻、晶振；所述的微處理器為單片機、Arm或Dsp，具有數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、電源輸入端口和I/O接口 ；微處理器的電源輸入端口與能量捕獲通信芯片的電源輸出端口連接； 所述的可變電阻采樣電路包括多個并聯(lián)的可變電阻分電路，每個可變電阻分電路結(jié)構(gòu)相同，包括一個可變電阻和一個上拉電阻，上拉電阻的一端接微處理器的一個I/O接口或能量捕獲通信芯片的電源輸出端口，作為電源輸入，上拉電阻的另一端與可變電阻的一端連接，作為可變電阻的取樣點，取樣點與微處理器的一個A/D米樣口或者模擬A/D米樣的I/O接口連接，可變電阻的另外一端接地。
2.如權(quán)利要求I所述的一種可變電阻式燃氣表無源直讀電路，其特征在于所述的能量捕獲通信芯片通過天線采集到射頻信號載波頻率從低頻IOOKHz到高頻、超高頻以及微波 6GHz。
3.如權(quán)利要求I所述的一種可變電阻式燃氣表無源直讀電路，其特征在于對應(yīng)機械式燃氣表上小數(shù)點前的每個字輪設(shè)置一個可變電阻，所述的可變電阻包括電阻盤和設(shè)置在字輪上的接觸柱，電阻盤上設(shè)置有電阻帶，電阻帶為連續(xù)電阻或分立電阻；字輪轉(zhuǎn)動時，接觸柱隨之轉(zhuǎn)動，接觸柱與電阻帶接觸隨著字輪轉(zhuǎn)動實現(xiàn)不同的電阻輸出。
專利摘要本實用新型涉及一種可變電阻式燃氣表無源直讀電路。本實用新型包括能量捕獲通信模塊電路、控制模塊電路和可變電阻采樣電路。能量捕獲通信模塊電路包括相互連接的天線和能量捕獲通信芯片，能量捕獲通信芯片將捕獲到的外部讀寫設(shè)備發(fā)射的射頻信號轉(zhuǎn)換為電能，給整個電路提供電能,并通過射頻信號進行通信，把芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸給外部讀寫設(shè)備；可變電阻采樣電路將燃氣表不同的字輪值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的不同電阻阻值，控制模塊電路的微處理器進行采樣處理得到字碼數(shù)據(jù)，并將字碼數(shù)據(jù)存入能量捕獲通信芯片。本實用新型實現(xiàn)無源方式讀出數(shù)據(jù)，不存在電源，實現(xiàn)真正的本質(zhì)安全。
文檔編號G08C17/02GK202453023SQ20122007539
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者吳一閩, 楊宏, 王瑞榮 申請人:浙江威星智能儀表股份有限公司