用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊，包括微處理器、雙電池供電及穩(wěn)壓電路、硬件看門狗及放電電路、電池欠壓檢測電路、電池掉電檢測電路、外部電壓基準(zhǔn)芯片；雙電池供電及穩(wěn)壓電路與微處理器的電源端口連接，為其供電；硬件看門狗及放電電路的一端與雙電池供電及穩(wěn)壓電路連接，其另一端與微處理器的復(fù)位端口連接；電池欠壓檢測模塊與微處理器連接；電池掉電檢測模塊與微處理器連接；外部電壓基準(zhǔn)芯片與微處理器電壓參考端口連接。本實(shí)用新型采用雙電池供電方式來增大電池容量，并通過單通道線性穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)定的3V工作電壓。本實(shí)用新型即能保證計(jì)量誤差的精確性、又能滿足電池長期驅(qū)動(dòng)以及系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利說明】用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在市場上使用的超聲波水表大多采用電池供電，且大多數(shù)內(nèi)置一顆電池，由于超聲波水表本身屬于計(jì)量產(chǎn)品，必須保證計(jì)量誤差的精度，故大多數(shù)超聲波水表采取加快測量信號(hào)的采集頻率來保證計(jì)量誤差的精度，雖然加快測量信號(hào)的采集頻率確實(shí)能提高計(jì)量誤差的精度，但卻會(huì)帶來一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，就是增加超聲波水表的功耗，導(dǎo)致超聲波水表無法滿足電池長期驅(qū)動(dòng)的要求，降低了超聲波熱量表的使用壽命，故限制了超聲波水表的應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種即能保證計(jì)量誤差的精確性、又能滿足電池長期驅(qū)動(dòng)以及系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊。
[0004]本實(shí)用新型提供的這種用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊，包括微處理器、雙電池供電及穩(wěn)壓電路、硬件看門狗及放電電路、電池欠壓檢測電路、電池掉電檢測電路、外部電壓基準(zhǔn)芯片；雙電池供電及穩(wěn)壓電路與微處理器的電源端口連接，為其供電；硬件看門狗及放電電路的一端與雙電池供電及穩(wěn)壓電路連接，其另一端與微處理器的復(fù)位端口連接；電池欠壓檢測模塊與微處理器的1端口連接；電池掉電檢測模塊與微處理器的1端口連接；外部電壓基準(zhǔn)芯片與微處理器電壓參考端口連接。
[0005]所述雙電池供電及穩(wěn)壓電路包括兩節(jié)電池和單通道線性穩(wěn)壓器，兩節(jié)電池分別經(jīng)過兩個(gè)二極管正向?qū)ê髤R合形成電壓一，電壓一再與單通道線性穩(wěn)壓器的輸入端連接，單通道線性穩(wěn)壓器的輸出端輸出穩(wěn)定的3V工作電壓。所述電池采用鋰亞電池。
[0006]所述硬件看門狗及放電電路包括硬件看門狗和放電電路；放電電路包括三極管V5、電阻R7、電阻R8 ;硬件看門狗的復(fù)位管腳通過一電阻與所述電壓一連接；該復(fù)位管腳還通過電阻R8與三極管V5的基極連接，三極管V5的發(fā)射極通過電阻R7與所述3V工作電壓連接，其集電極接地。
[0007]所述微處理器采用美國TI公司的型號(hào)為MSP430F4793的自帶高精度12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12的十六位處理器芯片。所述單通道線性穩(wěn)壓器采用美國TI公司的型號(hào)為TPS78230的穩(wěn)壓器芯片。所述硬件看門狗采用美國MAXM公司的型號(hào)為MAX6864的芯片。所述外部電壓基準(zhǔn)芯片采用美國TI公司的型號(hào)為REF3112的電壓基準(zhǔn)芯片。
[0008]本實(shí)用新型通過兩節(jié)鋰亞電池實(shí)現(xiàn)雙電池供電方式來增大電池容量,并通過寬電壓輸入的單通道線性穩(wěn)壓器LDO輸出穩(wěn)定的3V工作電壓。為了保證微處理器的正常工作，通過硬件看門狗對(duì)微處理器進(jìn)行時(shí)時(shí)偵測，當(dāng)微處理器發(fā)生死機(jī)時(shí)會(huì)對(duì)電源進(jìn)行復(fù)位；為了保證在這種情況下電源的正常復(fù)位，同時(shí)增加了放電電路。本實(shí)用新型的電池容量的檢測包括電池欠壓的檢測和電池掉電檢測方式兩種。電池的欠壓檢測主要通過測量出電池的電壓來進(jìn)行，當(dāng)電池電壓高于2.4V且低于或等于2.9V時(shí)，微處理器會(huì)判斷電池欠壓，電池電壓的測量主要采用自帶高精度的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的微處理器和高精度的外部電壓基準(zhǔn)芯片，后者確保電池電壓模數(shù)轉(zhuǎn)化的精確性。電池掉電檢測主要利用串聯(lián)分壓電路對(duì)兩節(jié)電池電壓分別進(jìn)行分壓，直接連到微處理器的兩個(gè)比較器，通過微處理器自動(dòng)判斷，掉電檢測的判斷依據(jù)是電池電壓低于或等于2.4V。
[0009]此外本實(shí)用新型通過采用超低功耗的微處理器、單通道線性穩(wěn)壓器LD0、硬件看門狗和外部電壓基準(zhǔn)芯片來降低功耗；同時(shí)在進(jìn)行電池容量檢測時(shí)，采用可通過微處理器引腳控制檢測電路是否工作的方式來進(jìn)一步降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本實(shí)用新型的雙電池供電及穩(wěn)壓電路、硬件看門狗及放電電路圖。
[0012]圖3是本實(shí)用新型的微處理器電路圖。
[0013]圖4是本實(shí)用新型的電池欠壓檢測電路圖。
[0014]圖5是本實(shí)用新型的電池掉電檢測量電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0016]如圖1所示，本實(shí)用新型包括微處理器、雙電池供電及穩(wěn)壓電路、硬件看門狗及放電電路、電池欠壓檢測電路、電池掉電檢測電路、外部電壓基準(zhǔn)芯片；雙電池供電及穩(wěn)壓電路與微處理器的電源端口連接，為其供電；硬件看門狗及放電電路的一端與雙電池供電及穩(wěn)壓電路連接，其另一端與微處理器的復(fù)位端口連接；電池欠壓檢測模塊與微處理器的1端口連接；電池掉電檢測模塊與微處理器的1端口連接；外部電壓基準(zhǔn)芯片與微處理器電壓參考端口連接。
[0017]本實(shí)用新型的微處理器采用美國TI公司的型號(hào)為MSP430F4793的自帶高精度12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12的十六位處理器芯片。單通道線性穩(wěn)壓器采用美國TI公司的型號(hào)為TPS78230的穩(wěn)壓器芯片。硬件看門狗采用美國MAXM公司的型號(hào)為MAX6864的芯片。外部電壓基準(zhǔn)芯片采用美國TI公司的型號(hào)為REF3112的電壓基準(zhǔn)芯片。
[0018]本實(shí)用新型可采用電壓為3.6V、容量為19AH的鋰亞電池。由于采用雙電池供電，因此電池容量總共為38AH。在雙電池供電及穩(wěn)壓電路中，可采用寬電壓輸入單通道線性穩(wěn)壓器(LD0)，其輸入2.2~5.5V，靜態(tài)電流為I u A，能輸出穩(wěn)定的3V電壓。硬件看門狗可采用電壓輸入為0.3~6V、復(fù)位時(shí)間為1.8秒、看門狗喂狗時(shí)間為3.3秒的超低功耗的芯片。
[0019]本實(shí)用新型的核心部分為雙電池供電及穩(wěn)壓電路以及硬件看門狗及放電電路。
[0020]如圖2所示，本實(shí)用新型的雙電池供電及穩(wěn)壓電路包括鋰亞電池VBIT1、鋰亞電池VBIT2和單通道線性穩(wěn)壓器Dl。
[0021]鋰亞電池VBITl和鋰亞電池VBIT2分別經(jīng)過兩個(gè)二極管(二極管V2和二極管V3)正向?qū)ê?，形?.6V的電壓VBB ;該電壓VBB與單通道線性穩(wěn)壓器Dl的第I腳VIN相連，由此3.6V的輸入電壓通過單通道線性穩(wěn)壓器Dl的第5腳OUT輸出穩(wěn)定的3V工作電壓VCC。
[0022]硬件看門狗及放電電路包括硬件看門狗D3和放電電路。放電電路包括三極管V5、電阻R7、電阻R8 ;硬件看門狗的復(fù)位管腳通過電阻R4與電壓VBB連接；該復(fù)位管腳還通過電阻R8與三極管V5的基極連接，三極管V5的發(fā)射極通過電阻R7與3V工作電壓連接，其集電極接地。
[0023]單通道線性穩(wěn)壓器Dl的使能端第3腳EN與硬件看門狗D3的第I腳/Reset相連。當(dāng)微處理器出現(xiàn)死機(jī)的情況時(shí)，硬件看門狗D3的第I腳/Reset會(huì)拉低，對(duì)電源進(jìn)線復(fù)位，保證整個(gè)微處理器的正常工作，同時(shí)為了保證工作電壓VCC在硬件看門狗的復(fù)位期間完全掉下，增加了由工作電壓VCC、硬件看門狗D3的第I腳/Reset、電阻R7、電阻R8和三極管V5組成的放電電路。
[0024]本實(shí)用新型的容量檢測，主要包括:微處理器D4、電池欠壓檢測電路、外部電壓基準(zhǔn)芯片D5和電池掉電檢測電路。
[0025]如圖3和圖4所示，電池的欠壓檢測主要通過直接測量出電池的電壓來進(jìn)行，采用微處理器D4自帶的高精度12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和高精度的外部電壓基準(zhǔn)芯片D5，將電池電壓的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)提供給微處理器D4，當(dāng)電池電壓高于2.4V且低于或等于2.9V時(shí)，微處理器D4會(huì)判斷電池欠壓。
[0026]為了降低電池電壓測量過程中的功耗，在電池欠壓檢測中，采用通過微處理器D4控制欠壓檢測電路是否工作的方式來進(jìn)一步降低功耗，即:微處理器D4的EN_C_BAT1引腳控制三極管V8的導(dǎo)通；同時(shí)微處理器再將三極管V8與三極管V6 —起配合來控制鋰亞電池VBITl的電池電壓的測量。另外，微處理器D4的EN_C_BAT2引腳控制三極管V9的導(dǎo)通，同時(shí)微處理器再將三極管V9與三極管V7 —起配合來控制鋰亞電池VBIT2的電池電壓的測量。
[0027]外部電壓基準(zhǔn)芯片D5能輸出1.25V的基準(zhǔn)電壓。該芯片共3個(gè)引腳1、2、3，分別為輸入、地、輸出，其中第I引腳為參考電壓使能引腳/EN_VREF，此引腳與微處理器D4相連，便于微處理器D4對(duì)外部電壓基準(zhǔn)芯片D5進(jìn)行控制；其第3引腳直接與微處理器D4的VREF引腳相連，給微處理器D4提供模數(shù)轉(zhuǎn)換的外部參考電壓。
[0028]微處理器D4自帶高精度12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12，ADC12模塊具有高速度，通用性等特點(diǎn)。ADC12模塊是由以下幾個(gè)部分:輸入的16路模擬開關(guān)，ADC電壓參考源，ADC12內(nèi)核，ADC時(shí)鐘源部分。微處理器通過使用單通道進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，電壓參考源使用外部電壓基準(zhǔn)芯片D5提供的1.25V的外部參考電壓。兩個(gè)電池逐一進(jìn)行電池電壓的測量，都是利用電阻R15和電阻R18兩個(gè)電阻串聯(lián)進(jìn)行分壓，該分壓點(diǎn)與微處理器D4的A/D引腳A0.0+相連。當(dāng)微處理器D4進(jìn)行電壓測量時(shí)，微處理器D4的A/D引腳接收到電池電壓的模擬電信號(hào)后，內(nèi)部的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12快速進(jìn)行ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換。因?yàn)锳DC模數(shù)轉(zhuǎn)換的電壓參考源是使用外部電壓基準(zhǔn)芯片D5提供的1.25V作為外部參考電壓，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12的t+=VeKEF+，Nr=Avss0 1+是模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12模塊的最大值的參考電壓源，V ^是模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12模塊的最小值的參考電壓源，即V,+=l.25V, V,_=0V。當(dāng)輸入模擬電壓信號(hào)等于或高于V,+時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12轉(zhuǎn)換滿幅輸出，此時(shí)輸出值為0XFFF。當(dāng)輸入模擬電壓信號(hào)等于或小高于1_時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12轉(zhuǎn)換輸出為0，此時(shí)輸出值為0X0000，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12模擬電壓轉(zhuǎn)換公式為:Nadc=4095X (Vin - VrJ/(Vr+ - Vj，通過上述方法可以得到分壓點(diǎn)的電壓值，再通過分壓原則，最終求得電池的電壓值。
[0029]如圖3和圖5所示，電池掉電檢測電路主要利用串聯(lián)分壓電路對(duì)兩節(jié)電池電壓分別進(jìn)行分壓，直接接入至微處理器的兩個(gè)比較器，通過微處理器D4自動(dòng)判斷。鋰亞電池VBITl通過電阻R22和電阻R25進(jìn)行分壓，分壓點(diǎn)與微處理器D4的CHECKl比較器連接。CHECKl比較器的參考電壓為1.2V。鋰亞電池VBIT2通過電阻R23和電阻R26進(jìn)行分壓，分壓點(diǎn)與微處理器D4的CHECK2比較器連接。CHECK2比較器的參考電壓為1.5V。由于兩個(gè)比較器的參考電壓不同，兩路的分壓電阻的阻值也不相同，但掉電檢測的判斷依據(jù)都是電池電壓低于或等于2.4V。
[0030]為了降低掉電檢測過程中的功耗，在電池掉電檢測中，采用通過微處理器D4引腳控制掉電檢測電路是否工作的方式來進(jìn)一步降低功耗，即:通過微處理器D4的/EN_PD弓丨腳來控制本實(shí)用新型的電池掉電檢測電路是否工作。
[0031 ] 本實(shí)用新型集成于超聲波水表中，通過雙電池供電及穩(wěn)壓電路為微處理器提供穩(wěn)定的3V工作電源，由于是雙電池供電，因此加大了電池的容量，降低了超聲波水表的對(duì)功耗要求，有利于加快測量信號(hào)的采集頻率來提高超聲波水表計(jì)量誤差的精度。同時(shí)通過硬件看門狗對(duì)微處理器進(jìn)行時(shí)時(shí)偵測，當(dāng)微處理器發(fā)生死機(jī)時(shí)會(huì)對(duì)電源進(jìn)行復(fù)位，保證整個(gè)微處理器的正常工作；并通過放電電路來保證微處理器復(fù)位的及時(shí)進(jìn)行。由于超聲波水表本身屬于電池供電，電池的容量總有耗盡的時(shí)候，因此，本實(shí)用新型里同時(shí)增加了電池欠壓檢測電路和電池掉電檢測電路，當(dāng)電池電壓高于2.4V且低于或等于2.9V時(shí)，微處理器會(huì)判斷電池欠壓，此時(shí)超聲波水表需要有電池欠壓的報(bào)警提示，但超聲波水表仍能正常運(yùn)行，當(dāng)電池電壓低于或等于2.4V時(shí)，微處理器會(huì)判斷為掉電，此時(shí)超聲波水表需要保存相關(guān)計(jì)量數(shù)據(jù)，但不能保證超聲波水表能正常運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊，包括微處理器，其特征在于，該模塊還包括雙電池供電及穩(wěn)壓電路、硬件看門狗及放電電路、電池欠壓檢測電路、電池掉電檢測電路、外部電壓基準(zhǔn)芯片；雙電池供電及穩(wěn)壓電路與微處理器的電源端口連接，為其供電；硬件看門狗及放電電路的一端與雙電池供電及穩(wěn)壓電路連接，其另一端與微處理器的復(fù)位端口連接；電池欠壓檢測模塊與微處理器的1端口連接；電池掉電檢測模塊與微處理器的1端口連接；外部電壓基準(zhǔn)芯片與微處理器電壓參考端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊，其特征在于，所述雙電池供電及穩(wěn)壓電路包括兩節(jié)電池和單通道線性穩(wěn)壓器，兩節(jié)電池分別經(jīng)過兩個(gè)二極管正向?qū)ê髤R合形成電壓一，電壓一再與單通道線性穩(wěn)壓器的輸入端連接，單通道線性穩(wěn)壓器的輸出端輸出穩(wěn)定的3V工作電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊，其特征在于，所述電池采用鋰亞電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊，其特征在于，所述硬件看門狗及放電電路包括硬件看門狗和放電電路；放電電路包括三極管V5、電阻R7、電阻R8 ;硬件看門狗的復(fù)位管腳通過一電阻與所述電壓一連接；該復(fù)位管腳還通過電阻R8與三極管V5的基極連接，三極管V5的發(fā)射極通過電阻R7與所述3V工作電壓連接，其集電極接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊，其特征在于，所述微處理器采用美國TI公司的型號(hào)為MSP430F4793的自帶高精度12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC12的十六位處理器芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊，其特征在于，所述單通道線性穩(wěn)壓器采用美國TI公司的型號(hào)為TPS78230的穩(wěn)壓器芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊，其特征在于，所述硬件看門狗采用美國MAX頂公司的型號(hào)為MAX6864的芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊，其特征在于，所述外部電壓基準(zhǔn)芯片采用美國TI公司的型號(hào)為REF3112的電壓基準(zhǔn)芯片。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK204228221SQ201420738032
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】張慧娟, 蔣羅庚, 趙永球 申請(qǐng)人:湖南威銘能源科技有限公司