一种计量电路及水气表
技术领域
本发明涉及自动化控制领域,特别涉及一种计量电路及水气表。
背景技术
随着经济社会的发展,人们的居住条件也变得越来越智能化,智能家居逐渐普及,各种设备均可联网实现自动化监控。
现有技术中,仍在使用传统的水气表,传统的水气表在使用过程中需要工作人员抵达现场才能了解水气表的状态,致使对水气表工作状态的掌握和更新存在滞后现象,存在监控困难,同时在住宅区这一场景中由于用户作息时间与工作人员抄表时间经常冲突,容易导致抄表不及时,此外由于传统的水气表大量使用机械结构,导致计量精度低,稳定性差,为了提高精度需要昂贵的机械部件,且查表时需要雇佣工作人员,均增加了使用传统机械式水气表的成本。
为此,需要一种能够监控更为方便、成本更低的水气表。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种计量电路及水气表,监控更为方便、功耗和成本更低。其具体方案如下:
一种计量电路,包括:依次相连的比较电路、滤波电路和计数电路;
所述比较电路包括比较模式选择电路和比较器;
所述比较模式选择电路包括基准电压选择电路、输入信号选择电路和工作模式选择电路;
所述基准电压选择电路,用于控制所述比较器的负端接入内部高精度基准电压或内部参考电压;
所述输入信号选择电路,用于控制所述比较器的正端接入电池电压信号或第一外部信号输入端;
所述工作模式选择电路,用于控制所述比较器的正端与负端接入的信号源;
所述比较电路,用于根据输入信号输出触发信号;
所述滤波电路,用于对所述比较器输出的所述触发信号进行滤波,得到滤波后的计量信号;
所述计数电路,用于根据所述计量信号触发计数。
可选的,所述基准电压选择电路包括内部高精度基准电压输入端、内部参考电压输入端、第一可控开关和第一输出端;
所述内部高精度基准电压输入端和所述内部参考电压输入端分别通过所述第一可控开关与所述第一输出端连接;
所述第一可控开关,用于根据控制信号选择所述内部高精度基准电压输入端或所述内部参考电压输入端与所述第一输出端连通。
可选的,所述输入信号选择电路包括第一外部信号输入端、电池电压信号输入端、第二可控开关和第二输出端;
所述第一外部信号输入端和所述电池电压信号输入端分别通过所述第二可控开关与所述第二输出端连接;
所述第二可控开关,用于根据控制信号选择所述第一外部信号输入端或所述电池电压信号输入端与所述第二输出端连通。
可选的,所述工作模式选择电路包括第三可控开关、第四可控开关和第五可控开关;
所述第三可控开关,用于根据控制信号接通所述比较器的正端与所述输入信号选择电路的所述第二输出端和所述比较器的负端与所述基准电压选择电路的所述第一输出端;
所述第四可控开关,用于根据控制信号接通所述比较器的正端与第二外部信号输入端和所述比较器的负端与所述基准电压选择电路的所述第一输出端;
所述第五可控开关,用于根据控制信号接通所述比较器的正端与所述输入信号选择电路的所述第二输出端和所述比较器的负端与所述第二外部信号输入端。
可选的,所述滤波电路,用于判断所述比较器输出的所述触发信号是否连续在预设的第一时间周期内未改变;若所述触发信号连续在所述第一时间周期内未改变,则所述触发信号按照预设的消抖周期进行消抖,得到所述消抖信号;判断所述消抖信号是否连续在预设的第二时间周期未改变;若所述消抖信号连续在所述第二时间周期内为1,则将所述消抖信号作为所述计量信号输出。
可选的,所述计数电路,具体用于对所述计量信号的信号边沿进行计数,当所述计数值达到预设的计数阈值时,触发中断信号至MCU,以使所述MCU根据所述计量电路的计数更新本地计数,并重置所述计量电路的计数。
可选的,还包括:电池告警电路;
所述电池告警电路,用于根据所述比较器工作在电池检测模式下输出的所述触发信号进行告警,以提示电池电量低。
本发明还公开了一种水气表,包括:叶轮、磁场感应器和如前述的计量电路;
所述叶轮上安装有磁铁,所述磁场感应器与所述计量电路连接;
所述磁场感应器,用于检测所述叶轮上旋转的磁铁发出的磁场信号,并发送相应的电信号至所述计量电路所述计量电路,用于根据所述电信号记录所述叶轮旋转圈数,得到数字信号形式的水气表计数。
可选的,还包括:与所述计量电路连接的显示模块;
所述显示模块,用于显示所述水气表计数。
本发明中,计量电路,包括:依次相连的比较电路、滤波电路和计数电路;所述比较电路包括比较模式选择电路和比较器;所述比较模式选择电路包括基准电压选择电路、输入信号选择电路、工作模式选择电路;所述基准电压选择电路,用于控制所述比较器的负端接入内部高精度基准电压或内部参考电压;所述输入信号选择电路,用于控制所述比较器的正端接入电池电压信号或第一外部信号输入端;所述工作模式选择电路,用于控制所述比较器的正端与负端接入的信号源;所述比较电路,用于根据输入信号输出触发信号;所述滤波电路,用于对所述比较器输出的所述触发信号进行滤波,得到滤波后的计量信号;所述计数电路,用于根据所述计量信号触发计数。
本发明利用一个比较器,通过配合基准电压选择电路、输入信号选择电路和工作模式选择电路三种选择电路实现多种工作模式切换,不再需要针对每种工作模式设计相应的独立的比较电路,节省了成本,同时因电路中大型元器件的减少,降低了功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种计量电路结构示意图;
图2为本发明实施例公开的一种水气表结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种计量电路,参见图1所示,包括:依次相连的比较电路1、滤波电路2和计数电路3;
比较电路1包括比较模式选择电路11和比较器12;
比较模式选择电路11包括基准电压选择电路111、输入信号选择电路112和工作模式选择电路113;
基准电压选择电路111,用于控制比较器12的负端接入内部高精度基准电压BGPREF或内部参考电压VREF;
输入信号选择电路112,用于控制比较器12的正端接入电池电压信号BAT或第一外部信号输入端CMP_P;
工作模式选择电路113,用于控制比较器12的正端与负端接入的信号源;
比较电路1,用于根据输入信号输出触发信号CMP_OUT;
滤波电路2,用于对比较器12输出的触发信号CMP_OUT进行滤波,得到滤波后的计量信号;
计数电路3,用于根据计量信号触发计数。
具体的,为了节省电路成本,将多种工作模式通过比较模式选择电路11集成在一个比较电路1中,只需一个比较器12,配合多个选择电路,便可以搭配出多种工作模式,不再需要针对每种工作模式设计相应的独立的比较电路1,节省了成本。
具体的,通过基准电压选择电路111可以选择比较器12的负端接入内部高精度基准电压BGPREF或内部参考电压VREF,当对精度要求较低时就可以选择普通精度的内部参考电压VREF,以节省电力,实现节能,当对精度要求较高时,也可以选择内部高精度基准电压BGPREF,提供精度更高的基准电压,确保比较器12的比较结果精准,提高精准度。
具体的,输入信号选择电路112可以选择接入电池电压信号BAT,以便为后续判断电池状态提供基础设计,第一外部信号输入端CMP_P可以允许计量电路对不同输入进行计量,例如,第一外部信号输入端CMP_P可以外接磁场感应器,根据磁场感应器输出的电信号进行计量。
具体的,通过工作模式选择电路113可以加入第二外部输入信号源,并选择比较器12正端与负端的接入组合,例如,可以选择比较器12的正端接输入信号选择电路112、比较器12的负端接基准电压选择电路111或比较器12的正端接第二外部输入信号源、比较器12的负端接基准电压选择电路111或比较器12的正端接基准电压选择电路111、比较器12的负端接第二外部输入信号源三种比较器12正端与负端的接入组合方式,以此提供多种工作模式。
此外,利用滤波电路2对比较器12的输出进行滤波,确保后续计数电路3的计量的精准度。
可以理解的是,基准电压选择电路111、输入信号选择电路112和工作模式选择电路113的模式切换,可以利用一个或多个简单的多路可控开关实现输入的变化,确保成本低廉,同时可控开关的输入信号可以由外界相应的控制电路实现,在此不做赘述。
可见,本发明实施例利用一个比较器12,通过配合基准电压选择电路111、输入信号选择电路112和工作模式选择电路113三种选择电路实现多种工作模式切换,不再需要针对每种工作模式设计相应的独立的比较电路1,节省了成本,同时因电路中大型元器件的减少,降低了功耗。
本发明实施例公开了一种具体的计量电路,相对于上一实施例,本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。参见图1所示,具体的:
具体的,基准电压选择电路111包括内部高精度基准电压BGPREF输入端、内部参考电压VREF输入端、第一可控开关1111和第一输出端REF;
内部高精度基准电压BGPREF输入端和内部参考电压VREF输入端分别通过第一可控开关1111与第一输出端REF连接;
第一可控开关1111,用于根据控制信号选择内部高精度基准电压BGPREF输入端或内部参考电压VREF输入端与第一输出端REF连通。
具体的,输入信号选择电路112包括第一外部信号输入端CMP_P、电池电压信号BAT输入端、第二可控开关1121和第二输出端CMP1_P;
第一外部信号输入端CMP_P和电池电压信号BAT输入端分别通过第二可控开关1121与第二输出端CMP1_P连接;
第二可控开关1121,用于根据控制信号选择第一外部信号输入端CMP_P或电池电压信号BAT输入端与第二输出端CMP1_P连通。
具体的,工作模式选择电路113包括第三可控开关1131、第四可控开关1132和第五可控开关1133;
第三可控开关1131,用于根据控制信号接通比较器12的正端与输入信号选择电路112的第二输出端CMP1_P和比较器12的负端与基准电压选择电路111的第一输出端REF;
第四可控开关1132,用于根据控制信号接通比较器12的正端与第二外部信号输入端和比较器12的负端与基准电压选择电路111的第一输出端REF;
第五可控开关1133,用于根据控制信号接通比较器12的正端与输入信号选择电路112的第二输出端CMP1_P和比较器12的负端与第二外部信号输入端。
具体的,参见图1所示,比较器12的多种比较模式具体为:1、比较器12正端接管脚CMP_P即第一外部信号输入端CMP_P,负端信号接管脚CMP_N即第二外部信号输入端;2、比较器12正端接管脚CMP_P,负端信号接内部高精度基准电压BGPREF或内部参考电压VREF;3、比较器12正端接管脚CMP_N,负端信号接内部高精度基准电压BGPREF或内部参考电压VREF;4、比较器12正端接管脚电池电压BAT,负端信号接内部高精度基准电压BGPREF或内部参考电压VREF。
其中,第一可控开关1111控制选择REF信号来源:VREF或BGPREF;第二可控开关1121控制选择CMP1_P信号来源:CMP_P或BAT;工作模式选择电路113可以根据三种代码控制工作模式,例如,00:CMP1_P与REF、01:CMP_N与REF、10:CMP1_P与CMP_N。
其中,CMPPDN端控制比较器12使能。
具体的,滤波电路2,用于判断比较器12输出的触发信号CMP_OUT是否连续在预设的第一时间周期内未改变;若触发信号连续在第一时间周期内未改变,则触发信号按照预设的消抖周期进行消抖,得到消抖信号;判断消抖信号是否连续在预设的第二时间周期未改变;若消抖信号连续在第二时间周期内为1,则将消抖信号作为计量信号输出。
其中,滤波电路2对触发信号CMP_OUT进行消抖,得到光滑平整波形。滤波电路2包含2级控制逻辑,第一级为消抖控制,可选择至多4个时钟周期进行消抖,即消抖周期可以包括1至4个周期。当使能第一级消抖时,只有当触发信号CMP_OUT在RTCCLK时钟的多周期内即第一时间周期内没有改变时,输入信号才有效,此时才将消抖后的输入信号作为消抖信号。第二级是输出结果判定控制,触发信号CMP_OUT经过第一级消抖后的输出信号若仍连续预设的第二时间周期CMP1_CHK_NUM次为1,则将消抖信号作为计量信号输出,例如,触发信号CMP_OUT经过第一级消抖后的输出信号若在连续第二时间周期内输出均为1信号不变,则判定输出结果为1,将消抖信号作为计量信号输出。其中,第二时间周期CMP1_CHK_NUM的具体数值可设置为0~15任意值。
具体的,上述计数电路3,可以具体用于对计量信号的信号边沿进行计数,当计数值达到预设的计数阈值时,触发中断信号至MCU(Microcontroller Unit,微控制单元),以使MCU根据计量电路的计数更新本地计数,并重置计量电路的计数。
具体的,信号边沿可以包括信号的上升沿、下降沿或双边沿,通过检测到相应的信号边沿后计数电路3的计数值便加一,直至计数值达到预设的计数阈值时,例如,计数阈值可以100,计数电路3中计数到达100时,触发中断信号,中断信号传递至MCU中,以使MCU根据计量电路的中断信号加一,例如,MCU中已经记录了之前计数电路3触发中断的次数为30次,则再次接收到计数电路3的中断信号后,MCU计数加一,变为31次,同时,为了节省器件费用,可以选用计数上限较低的计数电路3,因此,每到计数阈值,MCU都会对计数电路3的计数清零,以便计数电路3能够继续计数,具体清零办法可以为让计数电路3的计数减去计数阈值。
其中,计数器在输出中断信号至MCU前,MCU可以处于休眠状态,只有当计数器输出中断信号至MCU后,MCU才被中断信号所唤醒,让MCU进入工作状态根据中断信号进行计数,这样可以降低MCU的耗电,延长电池使用寿命。
具体的,还可以包括:电池告警电路;其中,
电池告警电路,用于根据比较器12工作在电池检测模式下输出的触发信号CMP_OUT进行告警,以提示电池电量低。
具体的,电路中需要电池为各器件提供电力,例如,水气表中自带电池,需要驱动磁场感应器和计量电路等各用电电路和器件,为了避免因未及时更换电池,因电量低导致设备无法正常工作的情况,设置电池告警电路,通过比较器12电路正端接入电池电压信号BAT,负端接入基准信号,比较器12可以工作在电池检测模式,该模式下比较器12输出的触发信号CMP_OUT将对应电池电量低,电池告警电路接收到触发信号CMP_OUT后,便可以告警,提示电池电量低。
进一步的,本发明实施例还公开了一种水气表,参见图2所示,包括:叶轮4、磁场感应器5和如前述的计量电路6;
叶轮4上安装有磁铁41,磁场感应器5与计量电路6连接;
磁场感应器5,用于检测叶轮4上旋转的磁铁41发出的磁场信号,并发送相应的电信号至计量电路6;
计量电路6,用于根据电信号记录叶轮4旋转圈数,得到数字信号形式的水气表计数。
具体的,利用电磁感应原理,在叶轮4上安装磁铁41,使叶轮4在旋转一周期间产生相应的磁场,由磁场感应器5检测叶轮4上旋转的磁铁41发出的磁场信号,从而间接得到叶轮4旋转的周期数。
具体的,计量电路6得到计数后便会得到数字信号形式存储的水气表计数,此时,就可以通过任意通信手段传输给相应的显示设备或统计设备,实现远程抄表,远程监控,为了实现远程控制,还可以为水气表中设置相应的远程控制电路,接收MCU的控制指令,控制水气表中阀门的开关。
可见,本发明实施例通过在叶轮4上安装磁铁41,配合磁场感应器5,将叶轮4旋转角度转换为电信号,并由计量电路6进行测量,从而得到数字信号形式的水气表计数,实现了数字化计量,为后续的远程监控提供了基础,同时,使用了低功耗和低成本的计量电路,也降低了水气表整体的功耗和成本。
最后,还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上对本发明所提供的技术内容进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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