一种水电气多功能信息采集器.pdf

1、10申请公布号CN104217567A43申请公布日20141217CN104217567A21申请号201410473456X22申请日20140916G08C17/02200601G08C19/00200601G08C23/0420060171申请人江苏开放大学地址210000江苏省南京市鼓楼区江东北路399号72发明人孙雷孙庆苏王伯襄孙晓海74专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人胡建华54发明名称一种水电气多功能信息采集器57摘要本发明公开了一种水电气多功能信息采集器，包括主微控制单元，主微控制单元分别连接485通讯电路、无线数据通信电路、数据存储电路、时钟电路、GPRS模块。

2、其中，485通讯电路包括上行485通讯电路和下行485通讯电路；下行485通讯电路和无线数据通信电路构成两路下行串口输入，用于采集不同协议的水表、电表、煤气表的表计数据；GPRS模块和用于485现场监测和级联设备的上行485通讯电路构成两路上行串口输出。51INTCL权利要求书1页说明书6页附图9页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图9页10申请公布号CN104217567ACN104217567A1/1页21一种水电气多功能信息采集器，其特征在于，包括主微控制单元，主微控制单元分别连接485通讯电路、无线数据通信电路、数据存储电路、时钟电路、GPRS模

3、块。2根据权利要求1所述的一种水电气多功能信息采集器，其特征在于，485通讯电路包括上行485通讯电路和下行485通讯电路；下行485通讯电路和无线数据通信电路构成两路下行串口输入，用于采集不同协议的水表、电表、煤气表的表计数据；GPRS模块和用于485现场监测和级联设备的上行485通讯电路构成两路上行串口输出。3根据权利要求1所述的一种水电气多功能信息采集器，其特征在于，所述主微控制单元采用型号STM32F205RE微处理器。4根据权利要求1所述的一种水电气多功能信息采集器，其特征在于，所述主微控制单元连接一看门狗电路，看门狗电路采用型号MAX706R芯片。5根据权利要求1所述的一种水电气多

4、功能信息采集器，其特征在于，数据存储电路采用型号AT45DB041存储芯片和AT24LC64存储芯片。6根据权利要求1所述的一种水电气多功能信息采集器，其特征在于，所述485通讯电路采用型号HVD3082接口芯片。7根据权利要求1所述的一种水电气多功能信息采集器，其特征在于，无线采样电路采用型号CC1101无线射频芯片。8根据权利要求1所述的一种水电气多功能信息采集器，其特征在于，采用LM2576产生主4V电源；采用SP6201芯片给MCU供电；采用IRF7726芯片给GPRS模块供电；采用APL117芯片给485通讯电路供电。9根据权利要求1所述的一种水电气多功能信息采集器，其特征在于，主微

5、控制单元连接红外电路。10根据权利要求1所述的一种水电气多功能信息采集器，其特征在于，水表、气表采用MODBUS协议，电表采用DL/T645协议；或者，水表、气表采用MODBUS协议，电表采用DL/T645协议，上行时水表、气表协议统一为DL/T645协议；或者，水表、气表采用MODBUS协议，电表采用DL/T645协议，下行时设置采集器各端口参数，用以实现协议的智能转换。权利要求书CN104217567A1/6页3一种水电气多功能信息采集器技术领域0001本发明涉及一种信息采集装置，特别是一种用于水电气的使用量的多功能信息采集器。背景技术0002传统的用户计量仪表水表、电表、煤气表管理通常是

6、由各管理部门派人到装表地点抄表，由于用户面广、量大，容易造成差错。0003随着建筑、住宅条件的不断改善，人们对生活设施的智能化要求日益提高，同时电力管理部门出于对数据统计及收费等管理需要，也要求对传统的人工上门抄表方式进行变革。随着现代电子技术的发展，通讯技术、计算机网络技术的飞速的进步，为自动抄表系统的实现提供了条件。因此，实现用户仪表的自动抄表己是必然趋势。发明内容0004发明目的本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种水电气多功能信息采集器。0005为了解决上述技术问题，本发明公开了一种水电气多功能信息采集器，包括主微控制单元，主微控制单元分别连接485通讯电路、无线数据通

7、信电路、数据存储电路、时钟电路、GPRS模块。0006本发明中，485通讯电路包括上行485通讯电路和下行485通讯电路；下行485通讯电路和无线数据通信电路构成两路下行串口输入，用于采集不同协议的水表、电表、煤气表的表计数据；GPRS模块和用于485现场监测和级联设备的上行485通讯电路构成两路上行串口输出。0007本发明中，所述主微控制单元采用型号STM32F205RE微处理器。0008本发明中，所述主微控制单元连接一看门狗电路，看门狗电路采用型号MAX706R芯片。0009本发明中，数据存储电路采用型号AT45DB041存储芯片和AT24LC64存储芯片。0010本发明中，所述485通讯

8、电路采用型号HVD3082接口芯片。0011本发明中，无线采样电路采用型号CC1101无线射频芯片。0012本发明中，采用LM2576产生主4V电源；采用SP6201芯片给MCU供电；采用IRF7726芯片给GPRS模块供电；采用APL117芯片给485通讯电路供电。0013本发明中，主微控制单元连接红外电路。0014本发明中，水表、气表采用MODBUS协议，电表采用DL/T645协议；0015或者，0016水表、气表采用MODBUS协议，电表采用DL/T645协议，上行时水表、气表协议统一为DL/T645协议；0017或者，说明书CN104217567A2/6页40018水表、气表采用MOD

9、BUS协议，电表采用DL/T645协议，下行时设置采集器各端口参数，用以实现协议的智能转换。0019本发明是一种多功能水电气信息采集器，用于在远程自动抄表系统中，包含现场采集，采集水、电、煤气表等现场仪表的表计读数，并进行存储，上行通道通过GPRS通信模块，实现水、电、煤气表的数据上传给主站，下行通道采用RS485和无线模块连接到水、电气表，其中水表、气表采用MODBUS协议，电表采用DL/T645协议，上行时水表、气表协议统一为DL/T645协议，下行时根据现场水电气具体分布情况，设置采集器各端口参数，用以实现协议的智能转换。0020本发明实现远程自动抄表系统中用户电表、水表、气表等表计的数

10、据采集，并通过GPRS模块将信息上传到主台，为自动抄表提供数据支撑。0021有益效果本发明与现有技术相比，包含两路下行串口采集通信采集不同协议的水、电、煤气表等现场仪表的表计读数，并进行存储，其中一路为485通信电路进行采集，另一路为无线数据通信采集。既可以通过485通信对电表数据进行采集，又能通过无线传输模块对现场分散安装的水表和需要强电隔离的气表进行采集；采用两路上行串口输出，一路用于连接GPRS无线通信模块，通过GPRS通信模块，实现水、电、煤气表的数据上传给主站，另一路用于485现场监测和级联设备；在485通讯电路和电源电路增加了抗干扰电路；采用看门狗电路提高了稳定性，另对于抄表条件差

11、的地方，可以直接用手持掌上电脑通过遥控的方式进行抄表，红外通信具有控制简单、实施方便，灵活多用，十分方便。本发明采用了统一的协议，解决了水电气计量方面的互联和互操作性。0022本发明多功能水电气信息采集器具有重要的价值和广泛的应用前景，设计电路结构简单，可靠性好。附图说明0023下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。0024图1为本发明结构示意图。0025图2为本发明组成示意图。0026图3为本发明电源电路。0027图4为本发明主单片机电路。0028图5为本发明GPRS模块电路图。0029图6为本发明485下行通信模块电路图。

12、0030图7为本发明485上载通信模块电路图。0031图8为本发明无线通信模块电路图。0032图9为本发明存储电路。0033图10为本发明看门狗电路。0034图11为本发明红外电路。0035图12为本发明信号灯路。0036图13为本发明上行水表电表气表协议统一转化流程图。0037图14为本发明下行水表电表气表协议统一转化流程图。说明书CN104217567A3/6页5具体实施方式0038实施例0039如图1所示，本实施例包括主微控制单元，主微控制单元分别连接485通讯电路、无线数据通信电路、数据存储电路、时钟电路、GPRS模块。485通讯电路包括上行485通讯电路和下行485通讯电路；下行48

13、5通讯电路和无线数据通信电路构成两路下行串口输入，用于采集不同协议的水表、电表、煤气表的表计数据；GPRS模块和用于485现场监测和级联设备的上行485通讯电路构成两路上行串口输出。0040如图2，本实施例通过电力线或无线信道将信息传递给采集终端。采集终端负责采集一个用户家中的电表、水表、气表等表计的数据，采集终端辨别表计上传来的信息，并将所需信息通过电力线或无线信道传递到集中器。集中器再将信息通过GPRS传输到主台；实现水、电、气等表计的远程抄表和远程实时监测。0041如图3图12，本实施例包含电源电路，为多功能采集器系统提供稳定电源，其中采用LM2576产生采集器主4V电源；采用SP620

14、1芯片给MCU供电；采用IRF7726芯片给GPRS模块供电；采用APL117芯片给485通讯电路供电，485电源隔离输出；主微控制单元采用STM32F205RE微处理器；485下行采集通信电路采用HVD3082接口芯片,下行无线数据采集电路采用CC1101接口芯片；上行485通信电路采用HVD3082接口芯片；存储器包括AT45DB041芯片、AT24LC64芯片；看门狗电路采用MAX706R芯片。0042水表、气表采用MODBUS协议，电表采用DL/T645协议，上行时水表、气表协议统一为DL/T645协议，下行时根据现场水电气具体分布情况，设置采集器各端口参数，用以实现协议的智能转换。0

15、043本实施例中，下行485与上行485采集通信电路采用HVD3082接口芯片，无线射频芯片选择新推出来的高性能芯片CC1101，支持GFSK和MSK调制方式，具有433/868等波段的载波频率，可靠性高，采用SPI口通信。0044本实施例中微处理器单元需实现对HVD3082485芯片和CC1101功能寄存器的配置、数字信号的接受处理、系统功能扩展因素，综合考虑到HVD3082485和CC1101的功耗、工作电压、通信方式等因素，采用STM32F205RE微处理器为微处理单元。00451、电源模块0046如图3，电源电路，其中0047Z1是磁珠，作用是抑制高频干扰。0048RV1821是压敏电

16、阻，作用是过压保护。0049RT0为热敏电阻，作用是过流保护。0050T1、T2为变压器0051D1、D2、D3、D4组成整流电路，E1、E2、C9，输入滤波；E3、C21，输出滤波，VV1为LM2576开关稳压块，输出4V，4V通过VV4即IRF7726开关稳压块输出4V为GPRS模块供电。MCU通过VV44脚控制VV4是否向GPRS供电。0052U14、VV2、C18、E4、E5、C20组成485电源电路，其中U14、C18、E4为输入滤波；VV2、E5、C20稳压电路，输出滤波，电源电压为5V。00534V通过VV3稳压电路，输出33V，供MCU电源。说明书CN104217567A4/6

17、页600542、主单片机模块0055如图4，是主单片机电路，其中0056BAT是电池，作用时当停电时保持时钟的连续性，XT1、XT2是晶振电路；14、15引脚，UARTTX4、UARTRX4为红外串口信号；16、17引脚，TX2、RX2为GPRS上行串口信号；25引脚，WDI看门狗信号；29引脚，OFF4V通过VV4控制GPRS电源；43、42引脚，RX1、TX1为485下行信号；41引脚，IR38K红外控制信号；38、37引脚TX4、RX4为上行485信号；36、35引脚TX5、RX5为无线通信信号，20、21、22、23引脚连接CC1101电路。00573、GPRS模块0058如图5是GP

18、RS模块电路图0059JP3为主控GPRS连接插座，其中00601、2引脚为GND接地信号00613、4引脚为GPRS4V电源信号00625、6引脚TX2，7、8引脚RX2为主控板与GPRS板的串口通信00639、10引脚为GPRS开关信号00644、485下行和上载模块0065如图6和图7是下行和上行电路图。0066下行电路图，如图6所示0067MCU平时为等待接受状态。TX1为高电平，STX1为高电平，U4HVD3082为接受状态。0068MCU发送信号时，TX1为低电平，光耦U8发光管导通，U8光敏三极管导通，STX1为低电平，同时由于STX1为低电平，导致Q2导通，RE/DE1为高电平

19、，使得U4为数据发送状态，此时MCU的TX1通过三极管STX1、U4发送到485通信线路上，完成数据的发送。0069当485有信号输入时，因为U4平时处于接受状态，485总线有信号输入时，通过U4，SRX1为低电平，光耦U7的发射管导通，U7的光敏三极管导通，RX1为低电平，RX1反映到MCU，MCU完成接受。0070上载上行电路图，如图7所示0071MCU平时为等待接受状态。TX4为高电平，STX1为高电平，U6HVD3082为接受状态。0072MCU发送信号时，TX4为低电平，U8发光管导通，U8光敏三极管导通，STX1为低电平，同时由于STX1为低电平，导致Q2导通，RE/DE1为高电平

20、，使得U6为数据发送状态，此时MCU的TX1通过三极管STX1、U6发送到485通信线路上，完成数据的发送。0073当485有信号输入时，因为U6平时处于接受状态，485总线有信号输入时，通过U6，SRX1为低电平，U9的发射管导通，U9的光敏三极管导通，RX4为低电平，RX4反映到MCU，MCU完成接受。00745、无线通信模块0075如图8是无线通信模块0076如图8所示，C12、C15、C17、C19为滤波电容，C17电容容量高，C19电容容量低，对不同的频段的滤波特性进行补偿，其中电容容量低的补偿高，电容容量高的补偿低，C1为隔直电容，C3、C13和L3组成一个型带通，J4和J5为测试

21、点，X1为晶振。说明书CN104217567A5/6页70077CC1101与STM32F205RE微处理器接口0078如图8所示，MCUSTM32F205RE微处理器与CC1101通过SPI接口通信，单片机STM32F205RE的20脚23脚分别连接到CC1101的U17、20、2、1脚，通过SPI端口与CC1101通信，即STM32F205RE20脚PA4NCS接CC1101的7脚CSN低电平有效；STM32F205RE23脚SI接CC1101的20脚SI口数据输入；STM32F205RE22脚SO接CC1101的2脚SO数据输出口；STM32F205RE21脚SCK接CC1101的1脚S

22、CK时钟口。00796、存储电路0080如图9是存储电路，其中0081E6、C12、C13为滤波电路0082R40、R41R45为信号上拉电阻0083C9、C10、C11和R39、R38、R37组成高频干扰的滤波电路0084存储器U13通过WP、SCL、SDA和MCU通讯，SCL为串行时钟，SDA为串行数据/地址，有的数据传输都在SCL信号为高电平时发生，WP为写保护，当WP为高电平时，存储器被写保护，当WP为低电平时，可以对存储器进行写操作。00857、看门狗电路0086如图10是看门狗电路，其中0087为了提高系统运行的可靠性，系统设计了看门狗电路。看门狗电路对微控制器提供了独立的保护系统

23、，系统以一定周期“喂狗”，当系统出现故障时，“喂狗”超时，看门狗电路将产生一个RESET信号对系统进行复位，防止系统死机。0088采用MAX706R芯片，引脚为1MR,2VCC,3GND,4PFI,5PFO,6WDI,7RESET,8WDO；其中MR是人工复位，PFI表示电源掉落电压监测输入，PFO表示电源掉落信号输出，WDI表示看门狗输入，WDO表示看门狗输出，RESET表示复位信号输出。0089MAX706R芯片用于监控MCU的活动，如果在16S内WDI没有收到来自MCU的触发信号，并且WDI处于非高阻态，则WD0输出变低，只要复位有效，则看门狗定时器功能被禁止，一旦复位信号撤销并且WDI

24、检测到高电平跳变，定时器开始16S的计时。即WDI端的跳变会清零定时器并启动一次新的计时周期。00908、红外电路模块0091图11为红外电路，其中0092对于抄表条件差的地方，可以直接用手持掌上电脑通过遥控的方式进行抄表，红外通信具有控制简单、实施方便，灵活多用，十分方便。0093红外发射MCU通过UART_TX4发送TX信号，当UART_TX4为低电平时，三极管Q1具备导通条件，当三极管Q6导通时，红外发光管HL1导通，发出红外光，IR38K方波信号控制Q6的基级，当IR38K为高时，Q6导通，当IR38K为低时，Q6截止。当IR38K以38KHZ的方波控制Q6通断，MCU的UART_TX

25、4的信号通过红外发射管HL1以38KHZ频率发射出去。0094红外接收红外接受管V2收到红外信号时导通，导致UART_RX4变低，红外接受信号通过UART_RX4传到MCU。00959、信号灯模块0096图12信号灯电路，其中0097LED2下行485通信信号灯，红色亮为发射，黄色亮为接受。说明书CN104217567A6/6页80098LED1为GPRS通信信号灯，红色亮为发射，黄色亮为接受。0099LED3为上行485通信信号灯，红色亮为发射，黄色亮为接受。0100LED4为无线通信信号灯，红色亮为发射，黄色亮为接受。0101LED5为红外通信信号灯，红色亮为发射，黄色亮为接受。0102L

26、ED8为错误灯0103LED9表示GPRS在线0104LED7表示设备运行010510、统一协议上行转换模块0106图13流程图中0107从采集器各个端口读取收到的数据帧，先将数据分类。0108根据帧的类型验证数据帧的完整性，包括数据帧的格式规范等。0109解析数据帧的信息。0110将数据帧映射为对应的的数据帧格式，即把水表和气表的MODBUS协议转换为统一的645协议。011111、统一协议下行转换模块0112图14流程图中0113根据现场情况，判断采集器各个端口与水、电、气表连接情况。0114根据各个端口连接水、电、气表连接情况对采集器的参数进行设置。0115参数设置成功后，采集器下行通讯

27、时，根据设置的参数将通讯协议转换成相应的水、电、气协议。0116本发明提供了一种水电气多功能信息采集器，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。说明书CN104217567A1/9页9图1图2说明书附图CN104217567A2/9页10图3说明书附图CN104217567A103/9页11图4图5说明书附图CN104217567A114/9页12图6图7说明书附图CN104217567A125/9页13图8说明书附图CN104217567A136/9页14图9图10图11说明书附图CN104217567A147/9页15图12说明书附图CN104217567A158/9页16图13说明书附图CN104217567A169/9页17图14说明书附图CN104217567A17