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专利名称：一种嵌入燃气表的数据处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及嵌入式数据采集和处理技术，特别涉及一种嵌入燃气表的数据处理系统。
背景技术：
近年来，随着计算机技术、微电子传感技术、信息通讯技术和自动控制技术的飞速发展，自动抄表(AMR)技术日趋成熟，并在水、电、气、暖等公益行业得到了广泛应用。远传抄表系统在燃气行业也得到了推广和普及，在提高燃气行业抄表效率的同时，避免了因入户抄表而对用户产生的不必要的打扰不能即时抄表等困惑，极大地提高了燃气企业的服务品质，彻底解决入户困难的问题，有利于和谐社会的构建，是公益行业服务文明的具体体现。伴随着国家燃气信息化的步伐，远传抄表行业正在飞速壮大和发展。作为燃气行业远传抄表系统的主体关键组成部分——嵌入燃气表的数据处理系统也呈阶跃发展态势。现有的嵌入燃气表的数据处理系统，通常包括供电装置、备用电源、传感器和微处理器等部分，与燃气表机械转动计数部分一起构成所谓智能表芯。现有的嵌入燃气表的数据处理系统由于电路复杂、电子元件繁多、设计布局困难。供电装置中大多采用可充电纽扣电池或可充电镍氢电池等作为表芯的备用电源，由于表芯由多个分离兀件组合来实现一定的功能，从而造成系统元件较多，故障率较大，查找故障难等问题，系统的功耗也非常大，有的甚至达到了毫安级的功耗，这样造成了要采用多个电池给系统供电，使整个系统的体积增加，安装在基表里比较困难。由于系统的功耗比较大，燃气表在系统没有外电的时候工作的时间比较短，如果在一个地方停电的时间比较长，那么势必造成表头由于供电问题，引起计数不准，从而给燃气公司造成重大的经济损失。同时由于电池的充放电具有一定的次数， 它的这个缺陷是远传抄表系统中采用电池供电的不可消除的安全隐患。

发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种嵌入燃气表的数据处理系统，利用法拉电容器作为系统备用电源，提供系统在电网断电时的工作电流。本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种嵌入燃气表的数据处理系统， 包括供电装置、备用电源、传感器和微处理器；所述供电装置用于连接供电网络，为系统提供工作电流；所述备用电源与所述供电装置连接，用于当供电装置停止供电时为系统提供工作电流；所述传感器用于将表头的机械动作转换为电脉冲信号，对表头数据进行采集；所述微处理器与所述传感器连接，对其采集的数据进行处理；其特征在于，所述备用电源由法拉电容器及其充电电路构成，所述法拉电容器通过所述充电电路与所述供电装置连接。法拉电容器，或称为超级电容器，是近几年才批量生产的一种无源元件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也具有电池的储能特性。并且具有重复使用寿命长、充放电电路简单、内阻低、功率密度高、完全免维护等特点，非常适合作为嵌入燃气表头的备用电源使用。本发明的技术方案，将法拉电容器的特性，与燃气表头的特殊需要相结合，对嵌入表头的数据处理系统备用电源进行了改进，用法拉电容器代替传统的电池,在电网断电时为系统提供工作电流。具体的，所述充电电路由电阻构成，所述电阻串联在所述法拉电容器与供电装置之间。法拉电容器不需要专门的充电电路和放电控制电路，采用简单电阻串联作为法拉电容器的充电电路，可以避免对供电装置产生电流冲击，保护供电装置的安全运行。具体的，所述法拉电容器容量彡1F。法拉电容器的容量已经超过了 lkF，考虑到实际需要，主要是停电时间长短，本发明推荐法拉电容器的容量> 1F，以满足2天以上的系统基本工作要求。更具体的，所述法拉电容器容量=I. 5F。配合当前系统结构中元器件的功率消耗水平，特别是微处理器功耗的降低，采用 I. 5F的法拉电容器足以满足2 3天的系统基本工作要求，而且其成本、体积都比较合适。进一步的，所述微处理器采用低功耗微处理器。随着微处理器技术的进步，低功耗微处理器发展迅速。采用功耗指标更低的低功耗微处理器，配合法拉电容器构成的备用电源，可以进一步提高电网断电后系统工作时间长度。优选的，所述微处理器采用TI公司的MSP430G系列微处理器。TI (德州仪器)公司最近推出了 MSP430G系列的超低功耗MCU(微处理器)系列， 具有成本低、外形小巧、高性能、16位RISC(精简指令集运算)内核及超低功耗的特点，非常适合嵌入表头的系统使用。本发明的有益效果是，无须特别的充电电路和放电控制电路，与电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响。从环保的角度考虑，超级电容器是一种绿色能源，无污染。 超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题。本发明克服了这种嵌入表头的系统在应用电池时长期浮充、过充、过放等不确定瑕疵，从整体设计优化上使产品真正达到安全、可靠、长寿命。


图I是本发明的系统结构示意图。下面结合附图，详细描述本发明的技术方案。本发明嵌入燃气表的数据处理系统，包括法拉电容器I、传感器2微处理器3、电源装置4和电阻R，如图I所示。供电装置I通常采用体积小巧的开关电源，用于连接供电网络，将电网提供的交流电转换为系统所需的直流电，为系统提供工作电流。传感器2通常采用电磁开关等，可以将表头的机械动作转换为电脉冲信号，对表头数据进行采集。微处理器 3与传感器2连接，接收其采集的数据并进行累加计数、存储等处理。微处理器3采用TI公司的MSP430G系列低功耗微处理器，该系列微处理器具有以下特点I. 16位架构和改进的代码效率为新功能带来了更多的空间和智能。
2.超低功耗可实现更低的维护成本和更长的产品使用寿命。3.集成和智能型10位模数转换器非常适合数据采集系统，可实现更精确的设置和更快的响应时间。4.处于备用电源供电状态时，99%至99. 9%的时间处于待机模式。如MSP430G2xx 功耗就低于典型的8位MCU，在2. 2V时低至I) O. I μ A RAM 保持模式
2) O. 4 μ A 待机模式(VLO)3) O. 7 μ A实时时钟模式5、可在I μ s之内超快速地从待机模式唤醒，降低高达90%的功耗。图I中法拉电容器和电阻R构成本发明的备用电源，电阻R的作用主要起限流作用，对供电装置提供保护。电阻R也是法拉电容器I的充电电路，法拉电容器I通过电阻R 与供电装置4连接，完全充电过程，当供电装置4停止供电时法拉电容器I为系统提供工作电流。本发明法拉电容器I的容量> IF时，基本可以满足大多数系统要求，推荐的容量是I. 5F。根据系统供电装置的输出电压,通常选择法拉电容器耐压5. 5 3. 0V。本发明对系统其它硬件部分也做了优化，使得电子元器件数量减少，降低了整体成本的同时也减少了焊点，减少了潜在的故障点。另外在MCU的I/O 口设置方面也采用了优化设计，对有外部数据交换的I/O 口都做了隔离和保护措施，使电流不通过I/O 口外放。在软件设计方面，系统没有外电的情况下，将进入LPM4状态，超低低功耗模式，在计数的时候系统进入LPM3低功耗模式，这样大大的降低了系统功耗。
权利要求
1.一种嵌入燃气表的数据处理系统，包括供电装置、备用电源、传感器和微处理器； 所述供电装置用于连接供电网络，为系统提供工作电流；所述备用电源与所述供电装置连接，用于当供电装置停止供电时为系统提供工作电流；所述传感器用于将表头的机械动作转换为电脉冲信号，对表头数据进行采集；所述微处理器与所述传感器连接，对其采集的数据进行处理；其特征在于，所述备用电源由法拉电容器及其充电电路构成，所述法拉电容器通过所述充电电路与所述供电装置连接。
2.根据权利要求I所述的一种嵌入燃气表的数据处理系统，其特征在于，所述充电电路由电阻构成，所述电阻串联在所述法拉电容器与供电装置之间。
3.根据权利要求I所述的一种嵌入燃气表的数据处理系统，其特征在于，所述法拉电容器容量彡1F。
4.根据权利要求I所述的一种嵌入燃气表的数据处理系统，其特征在于，所述法拉电容器容量=I. 5F。
5.根据权利要求I 4任意一项所述的一种嵌入燃气表的数据处理系统，其特征在于， 所述微处理器采用低功耗微处理器。
6.根据权利要求5所述的一种嵌入燃气表的数据处理系统，其特征在于，所述微处理器采用TI公司的MSP430G系列微处理器。
全文摘要
本发明涉及嵌入式数据采集和处理技术。本发明公开了一种嵌入燃气表的数据处理系统，利用法拉电容器作为系统备用电源，提供系统在电网断电时的工作电流。本发明的技术方案包括供电装置、备用电源、传感器和微处理器；所述供电装置用于连接供电网络，为系统提供工作电流；所述备用电源与所述供电装置连接，用于当供电装置停止供电时为系统提供工作电流；所述传感器用于将表头的机械动作转换为电脉冲信号，对表头数据进行采集；所述微处理器与所述传感器连接，对其采集的数据进行处理；所述备用电源由法拉电容器及其充电电路构成，所述法拉电容器通过所述充电电路与所述供电装置连接。本发明特别适合用于燃气表头的改造。
文档编号G01F15/06GK102589633SQ20121005786
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者徐子林 申请人:四川恒芯科技有限公司