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、外部電壓基準芯片；雙電池供電及穩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壓電路連接，其另一端與微處理器的復位端口連接；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；外部電壓基準芯片與微處理器電壓參考端口連接。本實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壓器輸出穩定的3V工作電壓。本實用新型即能保證計量誤差的精確性、又能滿足電池長期驅動以及系統長期穩定運行。
【專利說明】用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊
【技術領域】
[0001]本實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】
[0002]現在市場上使用的超聲波水表大多采用電池供電，且大多數內置一顆電池，由于超聲波水表本身屬于計量產品，必須保證計量誤差的精度，故大多數超聲波水表采取加快測量信號的采集頻率來保證計量誤差的精度，雖然加快測量信號的采集頻率確實能提高計量誤差的精度，但卻會帶來一個非常嚴重的問題，就是增加超聲波水表的功耗，導致超聲波水表無法滿足電池長期驅動的要求，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用。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是提供一種即能保證計量誤差的精確性、又能滿足電池長期驅動以及系統長期穩定運行的用于超聲波水表的電源及容量檢測模塊。
[0004]本實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、外部電壓基準芯片；雙電池供電及穩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壓電路連接，其另一端與微處理器的復位端口連接；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壓電路包括兩節電池和單通道線性穩壓器，兩節電池分別經過兩個二極管正向導通后匯合形成電壓一，電壓一再與單通道線性穩壓器的輸入端連接，單通道線性穩壓器的輸出端輸出穩定的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 ;硬件看門狗的復位管腳通過一電阻與所述電壓一連接；該復位管腳還通過電阻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公司的型號為MSP430F4793的自帶高精度12位模數轉換器ADC12的十六位處理器芯片。所述單通道線性穩壓器采用美國TI公司的型號為TPS78230的穩壓器芯片。所述硬件看門狗采用美國MAXM公司的型號為MAX6864的芯片。所述外部電壓基準芯片采用美國TI公司的型號為REF3112的電壓基準芯片。
[0008]本實用新型通過兩節鋰亞電池實現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壓器LDO輸出穩定的3V工作電壓。為了保證微處理器的正常工作，通過硬件看門狗對微處理器進行時時偵測，當微處理器發生死機時會對電源進行復位；為了保證在這種情況下電源的正常復位，同時增加了放電電路。本實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行，當電池電壓高于2.4V且低于或等于2.9V時，微處理器會判斷電池欠壓，電池電壓的測量主要采用自帶高精度的12位模數轉換器的微處理器和高精度的外部電壓基準芯片，后者確保電池電壓模數轉化的精確性。電池掉電檢測主要利用串聯分壓電路對兩節電池電壓分別進行分壓，直接連到微處理器的兩個比較器，通過微處理器自動判斷，掉電檢測的判斷依據是電池電壓低于或等于2.4V。
[0009]此外本實用新型通過采用超低功耗的微處理器、單通道線性穩壓器LD0、硬件看門狗和外部電壓基準芯片來降低功耗；同時在進行電池容量檢測時，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一步降低整個系統的功耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0011]圖2是本實用新型的雙電池供電及穩壓電路、硬件看門狗及放電電路圖。
[0012]圖3是本實用新型的微處理器電路圖。
[0013]圖4是本實用新型的電池欠壓檢測電路圖。
[0014]圖5是本實用新型的電池掉電檢測量電路圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0016]如圖1所示，本實用新型包括微處理器、雙電池供電及穩壓電路、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、外部電壓基準芯片；雙電池供電及穩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壓電路連接，其另一端與微處理器的復位端口連接；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；外部電壓基準芯片與微處理器電壓參考端口連接。
[0017]本實用新型的微處理器采用美國TI公司的型號為MSP430F4793的自帶高精度12位模數轉換器ADC12的十六位處理器芯片。單通道線性穩壓器采用美國TI公司的型號為TPS78230的穩壓器芯片。硬件看門狗采用美國MAXM公司的型號為MAX6864的芯片。外部電壓基準芯片采用美國TI公司的型號為REF3112的電壓基準芯片。
[0018]本實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。在雙電池供電及穩壓電路中，可采用寬電壓輸入單通道線性穩壓器(LD0)，其輸入2.2~5.5V，靜態電流為I u A，能輸出穩定的3V電壓。硬件看門狗可采用電壓輸入為0.3~6V、復位時間為1.8秒、看門狗喂狗時間為3.3秒的超低功耗的芯片。
[0019]本實用新型的核心部分為雙電池供電及穩壓電路以及硬件看門狗及放電電路。
[0020]如圖2所示，本實用新型的雙電池供電及穩壓電路包括鋰亞電池VBIT1、鋰亞電池VBIT2和單通道線性穩壓器Dl。
[0021]鋰亞電池VBITl和鋰亞電池VBIT2分別經過兩個二極管(二極管V2和二極管V3)正向導通后，形成3.6V的電壓VBB ;該電壓VBB與單通道線性穩壓器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壓器Dl的第5腳OUT輸出穩定的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 ;硬件看門狗的復位管腳通過電阻R4與電壓VBB連接；該復位管腳還通過電阻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。當微處理器出現死機的情況時，硬件看門狗D3的第I腳/Reset會拉低，對電源進線復位，保證整個微處理器的正常工作，同時為了保證工作電壓VCC在硬件看門狗的復位期間完全掉下，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行，采用微處理器D4自帶的高精度12位模數轉換器和高精度的外部電壓基準芯片D5，將電池電壓的模擬信號轉換成數字信號提供給微處理器D4，當電池電壓高于2.4V且低于或等于2.9V時，微處理器D4會判斷電池欠壓。
[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的導通；同時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的導通，同時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]外部電壓基準芯片D5能輸出1.25V的基準電壓。該芯片共3個引腳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對外部電壓基準芯片D5進行控制；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提供模數轉換的外部參考電壓。
[0028]微處理器D4自帶高精度12位模數轉換器ADC12，ADC12模塊具有高速度，通用性等特點。ADC12模塊是由以下幾個部分:輸入的16路模擬開關，ADC電壓參考源，ADC12內核，ADC時鐘源部分。微處理器通過使用單通道進行ADC轉換，電壓參考源使用外部電壓基準芯片D5提供的1.25V的外部參考電壓。兩個電池逐一進行電池電壓的測量，都是利用電阻R15和電阻R18兩個電阻串聯進行分壓，該分壓點與微處理器D4的A/D引腳A0.0+相連。當微處理器D4進行電壓測量時，微處理器D4的A/D引腳接收到電池電壓的模擬電信號后，內部的12位模數轉換器ADC12快速進行ADC模數轉換。因為ADC模數轉換的電壓參考源是使用外部電壓基準芯片D5提供的1.25V作為外部參考電壓，因此模數轉換器ADC12的t+=VeKEF+，Nr=Avss0 1+是模數轉換器ADC12模塊的最大值的參考電壓源，V ^是模數轉換器ADC12模塊的最小值的參考電壓源，即V,+=l.25V, V,_=0V。當輸入模擬電壓信號等于或高于V,+時，模數轉換器ADC12轉換滿幅輸出，此時輸出值為0XFFF。當輸入模擬電壓信號等于或小高于1_時，模數轉換器ADC12轉換輸出為0，此時輸出值為0X0000，模數轉換器ADC12模擬電壓轉換公式為:Nadc=4095X (Vin - VrJ/(Vr+ - Vj，通過上述方法可以得到分壓點的電壓值，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分壓電路對兩節電池電壓分別進行分壓，直接接入至微處理器的兩個比較器，通過微處理器D4自動判斷。鋰亞電池VBITl通過電阻R22和電阻R25進行分壓，分壓點與微處理器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進行分壓，分壓點與微處理器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弓丨腳來控制本實用新型的電池掉電檢測電路是否工作。
[0031 ] 本實用新型集成于超聲波水表中，通過雙電池供電及穩壓電路為微處理器提供穩定的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功耗要求，有利于加快測量信號的采集頻率來提高超聲波水表計量誤差的精度。同時通過硬件看門狗對微處理器進行時時偵測，當微處理器發生死機時會對電源進行復位，保證整個微處理器的正常工作；并通過放電電路來保證微處理器復位的及時進行。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候，因此，本實用新型里同時增加了電池欠壓檢測電路和電池掉電檢測電路，當電池電壓高于2.4V且低于或等于2.9V時，微處理器會判斷電池欠壓，此時超聲波水表需要有電池欠壓的報警提示，但超聲波水表仍能正常運行，當電池電壓低于或等于2.4V時，微處理器會判斷為掉電，此時超聲波水表需要保存相關計量數據，但不能保證超聲波水表能正常運行。
【權利要求】
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、外部電壓基準芯片；雙電池供電及穩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壓電路連接，其另一端與微處理器的復位端口連接；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；外部電壓基準芯片與微處理器電壓參考端口連接。
2.根據權利要求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壓電路包括兩節電池和單通道線性穩壓器，兩節電池分別經過兩個二極管正向導通后匯合形成電壓一，電壓一再與單通道線性穩壓器的輸入端連接，單通道線性穩壓器的輸出端輸出穩定的3V工作電壓。
3.根據權利要求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.根據權利要求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 ;硬件看門狗的復位管腳通過一電阻與所述電壓一連接；該復位管腳還通過電阻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.根據權利要求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公司的型號為MSP430F4793的自帶高精度12位模數轉換器ADC12的十六位處理器芯片。
6.根據權利要求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，所述單通道線性穩壓器采用美國TI公司的型號為TPS78230的穩壓器芯片。
7.根據權利要求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頂公司的型號為MAX6864的芯片。
8.根據權利要求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，所述外部電壓基準芯片采用美國TI公司的型號為REF3112的電壓基準芯片。
【文檔編號】G01R31/36GK204228221SQ201420738032
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】張慧娟, 蔣羅庚, 趙永球 申請人:湖南威銘能源科技有限公司