專利名稱：集中器電路模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種集中器電路模塊，屬于測量器具組成電路領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
智能水表是一種目前在水計量器具市場上比較流行的一種測量表具，相對于傳統(tǒng)的機械表具，智能水表增加了 CPU等能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、智能運算的部件從而實現(xiàn)了用水計量管理的智能化，普通的IC卡(又稱CPU卡)智能水表僅僅具有簡單的邏輯和存儲電路，無法實現(xiàn)水表功能的擴展，并且由于電路簡單，通常無法有效處理外界的電壓波動，容易出現(xiàn)安全故障；為了擴展CPU卡的功能，新型的IC卡不僅使用了 CPU，還增加了專門的ESAM(嵌入式安全控制模塊)安全芯片用于實現(xiàn)計量的安全性和準(zhǔn)確性。但是已有的使用了 ESAM安全芯片的產(chǎn)品，在電路設(shè)計之初都是采用各家廠商自行設(shè)計的電路通訊協(xié)議實現(xiàn)的電路模塊與IC卡的交互，這種設(shè)計方式導(dǎo)致市場上的諸多表具無法統(tǒng)一的將表具內(nèi)的數(shù)據(jù)信息向外部機器傳送，從而無法實現(xiàn)智能、統(tǒng)一、數(shù)字化表具數(shù)據(jù)統(tǒng)計，降低了表具的協(xié)同效率，很多情況下只能通過工作人員現(xiàn)場抄表。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中的具有ESAM安全芯片的表具通用性差、無法向外界傳輸數(shù)據(jù)信息的問題，本實用新型提供了一種基于通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的模擬MBus (Modbus協(xié)議)電路的集中器電路模塊，使得各電路模塊的數(shù)據(jù)通訊基于通用的工業(yè)協(xié)議實現(xiàn)，有效改善了表具的通用性，能夠?qū)⒈砭邇?nèi)存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)由集中器的MBus總線傳輸給上位機的中央管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了統(tǒng)一智能遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)統(tǒng)計，顯著改進了使用效率，同時通過改進電壓檢測和穩(wěn)壓，拓展了表具的適用范圍。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:集中器電路模塊，結(jié)構(gòu)包括有電源接口電路、喚醒上電電路、信號選通電路、顯示電路、模擬MBus電路、按鍵接口電路、在線編程接口電路、兩級電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路、IC卡接口電路、IC卡接口電源選擇和控制電路、IC卡時鐘源選擇電路、時鐘頻率產(chǎn)生電路、ESAM模塊電路、時鐘芯片模塊電路，所述電路均電連接到主芯片電路，喚醒上電電路與信號選通電路電連接。其中，所述電源接口電路設(shè)有電源輸入口與外部電源連接，電源輸入接口上設(shè)有二極管。通過采用二極管做隔離，能夠有效防止電源反接，提高電路的安全性。其中，信號選通電路、喚醒上電電路分別設(shè)有三組相對應(yīng)的信號接口，用于實現(xiàn)喚醒上電電路的激活。兩者的關(guān)系為信號選通電路在三路信號中至少一個信號來臨時，會激活上述喚醒上電電路，從而單片機CPU開始工作，然后單片機通過掃描得出當(dāng)前是哪個信號來臨，再作出相應(yīng)的處理。當(dāng)信號處理完成時置低信號選通來斷開信號與單片機的鏈接，保證電源的可靠掉電；所述的喚醒上電電路用于實現(xiàn)下述功能=CPU卡在沒有任何信號(例如插卡信號，采樣信號，掉電信號等)來臨時處于掉電狀態(tài)，功耗為O ;當(dāng)有信號來時喚醒上電電路給電容充電使電路導(dǎo)通，使得整個CPU卡單片機上電，同時鎖定上電信號。其中，所述顯示電路與表具上的液晶顯示裝置連接，該電路由主芯片電路直接連接以程序控制向表體上的顯示裝置推送主芯片電路輸出的顯示內(nèi)容。其中，所述按鍵接口電路與表具上的按鍵連接，通過此電路可以相應(yīng)表具外殼上不同按鍵的功能。其中，在線編程接口電路設(shè)有多個可以與外界計算機或上位機通訊的電路端子，能夠通過在線編程接口電路實現(xiàn)對卡片功能的擴展和更改修訂。其中，所述兩級電壓檢測電路設(shè)有電壓檢測芯片檢測電壓，設(shè)有三極管獲得兩級電壓檢測。該電路用于實現(xiàn)對外部電壓的檢測，具體的實現(xiàn)是通過檢測芯片MD7024來檢測，當(dāng)電壓低于2.4V時，MD7024輸出低電平，同時通過控制三極管開關(guān)獲得兩級電壓檢測。其中，穩(wěn)壓電路用于為主芯片電路提供穩(wěn)定的電壓，為了防止外界電路電壓過高導(dǎo)致的不利影響，所述穩(wěn)壓電路還設(shè)有穩(wěn)壓電源模塊用于穩(wěn)定主芯片電路的電壓。在外部電壓高于3V的情況下，穩(wěn)壓電源模塊使單片機的工作電壓穩(wěn)定在3.3V。其中，所述IC卡接口電路、IC卡接口電源選擇和控制電路與表具上的IC卡卡座電連接，IC卡接口電路用于實現(xiàn)IC卡的接入，IC卡接口電源選擇和控制電路用于當(dāng)檢測到卡信號來臨時給卡供電，CPU主芯片處理完成時給卡掉電。其中，IC卡時鐘源選擇電路、時鐘頻率產(chǎn)生電路、時鐘芯片模塊電路為表具上的IC卡卡座上的IC卡、ESAM模塊等提供時鐘信號。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，IC卡需要經(jīng)過與IC卡卡座上的接口電路交互以后才能執(zhí)行特定的功能，其中的時鐘芯片模塊電路用于利用時鐘芯片與單片機之間的通信，使單片機獲得標(biāo)準(zhǔn)的實時時鐘信息；其中的時鐘頻率產(chǎn)生電路用于向卡提供時鐘信號，時鐘信號的實際頻率范圍在復(fù)位應(yīng)答期間可以為不同的頻率，例如通常所用的是I 5MHz的時鐘頻率，IC卡時鐘源選擇電路用于具體選擇時鐘頻率產(chǎn)生電路輸出的哪路時鐘頻率。其中，模擬MBus電路，在工業(yè)上也稱為MBus總線模擬電路，在該總線上能傳輸電力和信號，能夠在長距離電纜上實現(xiàn)傳輸，并且其工作方式是問答式的，表具終端在接到中央服務(wù)器管理系統(tǒng)的指令后才會經(jīng)由MBus電路通過該模擬電路上的接口將數(shù)據(jù)通過線纜傳輸給遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，此類產(chǎn)品在工業(yè)控制和建筑系統(tǒng)上是常見的，本實用新型可以采用現(xiàn)有任何的MBus模擬電路，通用的是德州儀器公司的MBus產(chǎn)品模塊。其中，ESAM模塊電路為表具增加了加密認(rèn)證能力，該模塊固定安裝在卡表內(nèi)部，存儲卡表運行過程中的所有重要參數(shù)，通過水表內(nèi)ESAM模塊和用戶卡進行相互認(rèn)證及信息交換，市場上有多家廠商提供了多種規(guī)格的此類模塊，均可用于本實用新型，例如常見的北京握奇數(shù)據(jù)的此類產(chǎn)品。其中，主芯片電路，又稱單片機、CPU等，用于控制整個電路模塊工作，尤其可以直接控制液晶的顯示內(nèi)容。通過上述改進，應(yīng)用本實用新型的表具在表內(nèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理時，能夠方便的將多個表具內(nèi)的計數(shù)數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的協(xié)議方式傳輸給遠(yuǎn)程的管理系統(tǒng)，大大提高了工作效率。

圖1為本實用新型電路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；[0020]圖2為應(yīng)用了本實用新型電路模塊的表具統(tǒng)一與遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)連接的布線示意圖；圖3-圖18顯示了電源接口電路、喚醒上電電路、信號選通電路、顯示電路、模擬MBus電路、按鍵接口電路、在線編程接口電路、兩級電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路、IC卡接口電路、IC卡接口電源選擇和控制電路、IC卡時鐘源選擇電路、時鐘頻率產(chǎn)生電路、ESAM模塊電路、時鐘芯片模塊電路、主芯片電路的元器件布線圖。
具體實施方式
參考圖1，為本實用新型的電路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，其中電源接口電路、喚醒上電電路、信號選通電路、顯示電路、模擬MBus電路、按鍵接口電路、在線編程接口電路、兩級電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路、IC卡接口電路、IC卡接口電源選擇和控制電路、IC卡時鐘源選擇電路、時鐘頻率產(chǎn)生電路、ESAM模塊電路、時鐘芯片模塊電路均電連接到主芯片電路，喚醒上電電路與信號選通電路電連接。參考圖2，顯示了多個表具1、2、3通過統(tǒng)一的MBus總線連接到遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)4的結(jié)構(gòu)。參考圖3，為電源接口電路，采用電源輸入接口 JDY-DY1，接口上設(shè)有采用二極管D2(型號IN4007)做隔離，防止電源反接。參考圖4，為喚醒上電電路，當(dāng)有信號來時給電容(CS81、C82、C83)充電使三極管V80導(dǎo)通，主芯片電路上電，同時通過SD鎖定上電信號。參考圖5，為信號選通電路，當(dāng)KA、CAI1、CAI2中的一個信號來臨時，就會激活上述喚醒上電電路，從而單片機開始工作，然后單片機置高XHK，通過掃描KW、CA1、CA2得出當(dāng)前是哪個信號來臨，再作出相應(yīng)的處理。當(dāng)信號處理完成時置低信號選通XHK來斷開信號與單片機的鏈接，保證電源的可靠掉電。參考圖6，為顯示電路，通過多個屏線針腳與外部的IXD電連接。參考圖7，為模擬MBus電路，用于將表具內(nèi)的數(shù)據(jù)接通外部的MBus總線，傳輸給遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，其中的接口部分J8-C0N4掛載在外部線纜上。參考圖8，為兩組按鍵接口電路，電連接到表具按鍵上，感應(yīng)和接受按鍵動作，并將其傳輸給主芯片電路。參考圖9，為在線編程接口電路，可以與上位機通訊連接從而賦予新的功能。參考圖10，為兩級電壓檢測電路，通過檢測芯片MD7024來檢測，當(dāng)電壓低于2.4V時，MD7024輸出低電平。BJl通過控制三極管開關(guān)可獲得兩級電壓檢測。參考圖11，為穩(wěn)壓電路，外部電壓高于3V時，用穩(wěn)壓電源模塊MD7333，使單片機的工作電壓穩(wěn)定在3.3V。參考圖12，IC卡接口電路，在J4-K通過多個針腳觸點直接和卡座相連，控制信號加上拉電阻R51、R52、R53.[0034]參考圖13，為IC卡接口電源選擇和控制電路，依靠三極管T68接通斷開，當(dāng)檢測到卡信號來臨時給卡供電，卡處理完成時給卡掉電。參考圖14、15、17，依次為IC卡時鐘源選擇電路、時鐘頻率產(chǎn)生電路、時鐘芯片模塊電路，其中時鐘頻率產(chǎn)生電路通過74HC02產(chǎn)生兩路時鐘頻率，而IC卡時鐘源選擇電路則通過兩路電阻選擇不同的時鐘頻率，與主芯片電路的實時數(shù)據(jù)交互則通過時鐘芯片模塊電路上的PCF8563完成。參考圖16，為ESAM電路模塊，用于加密表具內(nèi)的數(shù)據(jù)。參考圖18，為主芯片電路，采用PIC16F946單片機控制其他電路。
權(quán)利要求1.中器電路模塊，其特征在于結(jié)構(gòu)包括有電源接口電路、喚醒上電電路、信號選通電路、顯示電路、模擬MBus電路、按鍵接口電路、在線編程接口電路、兩級電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路、IC卡接口電路、IC卡接口電源選擇和控制電路、IC卡時鐘源選擇電路、時鐘頻率產(chǎn)生電路、ESAM模塊電路、時鐘芯片模塊電路，所述電路均電連接到主芯片電路,喚醒上電電路與信號選通電路電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中器電路模塊，其特征在于所述電源接口電路設(shè)有電源輸入口與外部電源連接，電源輸入接口上設(shè)有二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中器電路模塊，其特征在于信號選通電路、喚醒上電電路分別設(shè)有三組相對應(yīng)的信號接口，用于實現(xiàn)喚醒上電電路的激活。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中器電路模塊，其特征在于所述顯示電路與表具上的液晶顯示裝置連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中器電路模塊，其特征在于所述按鍵接口電路與表具上的按鍵連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中器電路模塊，其特征在于所述兩級電壓檢測電路設(shè)有電壓檢測芯片檢測電壓，設(shè)有三極管獲得兩級電壓檢測。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中器電路模塊，其特征在于所述穩(wěn)壓電路還設(shè)有穩(wěn)壓電源模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中器電路模塊，其特征在于所述IC卡接口電路、IC卡接口電源選擇和控制電路與表具上的IC卡卡座電連接。
專利摘要本實用新型公開了一種集中器電路模塊，是一種基于模擬MBus電路的電路，包括有電源接口電路、喚醒上電電路、信號選通電路、顯示電路、模擬MBus電路、按鍵接口電路、在線編程接口電路、兩級電壓檢測電路、穩(wěn)壓電路、IC卡接口電路、IC卡接口電源選擇和控制電路、IC卡時鐘源選擇電路、時鐘頻率產(chǎn)生電路、ESAM模塊電路、時鐘芯片模塊電路，所述電路均電連接到主芯片電路，喚醒上電電路與信號選通電路電連接。本實用新型的集中器電路模塊具有良好的安全性、廣泛的電壓檢測范圍，使用該電路模塊的表具具有良好的安全性和使用壽命。
文檔編號G07F15/06GK202929748SQ20122057610
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者王文進, 常海利 申請人:北京京源水儀器儀表有限公司