专利名称：预付费无线智能燃气表的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃气抄表领域，具体涉及一种预付费无线智能燃气表。
背景技术：
人工抄表方式一直是最传统的燃气抄表方式，煤气表的作用是记录用户使用的气 量，然后由抄表在一段时间内进行统计，并折算出相应的费用向用户收取，这种工作方式的 缺点是工作量大，而且因为各种原因常常出现无法收到钱的情况，造成了燃气经营企业的 巨大经济负担。随着电子技术的发展，我国燃气行业开始推广使用IC卡预付费燃气表，这 种IC卡预付费燃气表上设有IC卡座或近距离的射频模块，燃气用户将预存有燃气费用的 IC卡插入IC卡座或与射频模块接触后实现扣费，此时燃气表上的中央控制系统开启燃气 表上的进气或出气电磁阀。这种IC卡预付费燃气表虽然有效地解决了抄表入户问题，解决 了收费难的问题，但是随着燃气行业的发展，管理日益精细化，单纯的IC卡预收费方式不 能有效解决气量实时统计，燃气经营和管理机构不能随时了解燃气用户的使用信息、以及 远程控制表内电磁阀的开关，此外也不能给运行调度、财务核算带来更多的帮助。为了实现对所有燃气用户的管理与调控，就需要建立一个由IC卡预付费燃气表、 燃气中继站和燃气总控中心所组成的燃气网络。考虑到燃气使用用户遍布范围广泛，上述 燃气网络最好通过无线连接方式进行组网，虽然一部分的IC卡预付费燃气表上带有射频 模块，但该射频模块也仅能实现近距离(如5米内)的数据传输，无法构成一个可行的预付 费无线燃气抄表系统。因此需要对现有的IC卡预付费燃气表进行进一步的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有IC卡预付费燃气表无法完成网络互联，燃气 经营和管理机构难以实现对所有燃气用户的管理与调控的不足，提供一种预付费无线智能 燃气表。为解决上述问题，本发明所设计的一种预付费无线智能燃气表，包括电源、嵌入式 处理器、计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元和显示单元，上述计量传 感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元和显示单元均与嵌入式处理器相连接； 所述嵌入式处理器上还接有RF模块，该RF模块主要由RF收发器、功率放大电路、天线匹配 电路和射频收发天线构成；其中功率放大电路包括信号接收前置放大电路、信号发射前置 放大电路、以及2个四通道双级双掷的射频端模拟开关和天线端模拟开关，信号接收前置 放大电路和信号发射前置放大电路分别并联在射频端模拟开关和天线端模拟开关的2组 输出口之间，且射频端模拟开关的输入口连接RF收发器，天线端模拟开关的输入口则经过 天线匹配电路与射频收发天线相连；射频端模拟开关和天线端模拟开关的2组控制端口分 别控制口分别相连。上述方案中，所述信号发射前置放大电路主要由电容及电感构成的平衡滤波电 路、电感及电容构成的LC谐振电路、射频放大晶体管、电感及电容构成的2个LC滤波电路、电容构成的晶体管电源滤波电路、偏压电阻、以及限流电阻构成。天线端模拟开关的第一输 出口经过平衡滤波电路、LC谐振电路和第一 LC滤波电路连接在射频放大晶体管的漏极上； 该射频放大晶体管的漏极还分别与晶体管电源滤波电路和电源输出端口连接，射频放大晶 体管的源极接地；射频放大晶体管的栅极分为两路，一路经电容连接在射频端模拟开关的 第一输出口上，另一路则经过第二 LC滤波电路、偏压电阻和限流电阻分别连接在RF收发器 的第一控制端上；上述RF收发器的第一控制端的一路经过电阻、及电容构成的第一RC滤波 电路与射频端模拟开关的第一控制端相连；另一路则经过电阻及电容构成的第二 RC滤波 电路连接在天线端模拟开关的第一控制端上。上述方案中，所述信号前置接收电路主要由电感及电容构成的滤波去耦电路、射 频三极管、电阻、电容及电感构成的波型整形电路、双极性三极管、以及电阻及电容和构成 的滤波反馈电路的构成。天线端模拟开关中的第二输出口经过滤波去耦电路连接至射频三 极管的基极；射频三极管的发射极接地；射频三极管的集电极的一路经电容直接与射频端 模拟开关的第二输出口相连；另一路则通过波型整形电路分别连接至双极性三极管的第二 集电极上和电源输出端口上；双极性三极管的第二发射极、第二基极和第一集电极经过滤 波反馈电路连接至电源输入端；双极性三极管的第一发射极接地；双极性三极管的第一基 极经电阻连接在RF收发器的第二控制端(RF_TXC_GD02)上；上述RF收发器的第二控制端 (RF_TXC_GD02) 一路经过电阻与射频端模拟开关的第二控制端相连，另一路则经过电阻及 电容构成的第三RC滤波电路连接在天线端模拟开关的第二控制端上。上述方案中，所述天线匹配电路为双T型匹配电路。上述方案中，所述嵌入式处理器最好还接有一 WIFI模块，且该WIFI模块与一无线 收发天线相连。上述方案中，所述嵌入式处理器上最好还接有一 EVDO模块，且EVDO模块内置有一 分级收发天线。与现有技术相比，本发明具有如下特点1、采用双功率放大设计使天线接收的信号和RF收发器送至天线发射信号分别采 用不同的功放进行处理后再送到指定的电路，这样使得IC卡读写单元既能够满足功率的 要求，也能够满足远距离的收发需要，同时也能有效避免电路板中对射频敏感的电路和器 件的情况，以及模块周围其他仪表的干扰问题；2、天线匹配电路采用双T型匹配电路设计，同时配以适合的藕合电容及电感参 数，在增强天线发射频率和强度的前提下，使得功率到负载上实现最佳功率值的匹配；3、通过附加EVDO通信模块和/或WIFI通信模块来提高燃气表的适用范围，从而 能够有效避免单一无线通信方式所带来的使用盲区、提高数据传输的可靠性；4、本发明通过改进燃气表的通信方式，使得燃气表能够经由燃气中继站与燃气总 控中心进行无线联网，从而能让燃气经营和管理机构实时了解燃气用户的使用信息、以及 远程控制表内电磁阀的开关，为运行调度、财务核算带来更多的帮助。
图1为本发明一种优选实施例的电路原理图；图2为RF模块的电路原理图。
具体实施例方式图1为本发明一种预付费无线智能燃气表的电路原理图，其主要由电源、嵌入式 处理器、计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元、显示单元和RF模块构 成；计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元、显示单元和RF模块均与嵌 入式处理器相连接。其中RF模块主要由RF收发器、功率放大电路、天线匹配电路和射频收 发天线构成。其中功率放大电路包括信号接收前置放大电路、信号发射前置放大电路、以及 2个四通道双级双掷的射频端模拟开关U8和天线端模拟开关U7，信号接收前置放大电路和 信号发射前置放大电路分别并联在射频端模拟开关U8和天线端模拟开关U7的2组输出口 之间，且射频端模拟开关U8的输入口连接RF收发器，天线端模拟开关U7的输入口则经过 天线匹配电路与射频收发天线相连；射频端模拟开关U8和天线端模拟开关U7的2组控制 端口分别相连。本发明RF模块的电路原理图如图2所示，其中信号发射前置放大电路主要由电容C22、C23及电感L7、L9构成的平衡滤波电路； 电感Ll及电容C19构成的LC谐振电路；射频放大晶体管QlO ；电感L17、及电容C33、ClOO 构成的第一 LC滤波电路；电感L6、及电容C35构成的第二 LC滤波电路；电容C34、C36构成 的晶体管电源滤波电路；偏压电阻R30、R38 ；以及限流电阻R44构成。天线端模拟开关U7 的第一输出口经过平衡滤波电路、LC谐振电路和第一 LC滤波电路连接在射频放大晶体管 QlO的漏极上。该射频放大晶体管QlO的漏极还分别与晶体管电源滤波电路和电源输出端 口 PA_PWR连接，射频放大晶体管QlO的源极接地。射频放大晶体管QlO的栅极分为2路， 一路经电容C45连接在射频端模拟开关U8的第一输出口上，另一路则经过第二 LC滤波电 路、偏压电阻和限流电阻分别连接在RF收发器的第一控制端RF_TXC_GD00上。上述RF收 发器的第一控制端RF_TXC_GD00的一路经过电阻R37、及电容C12、C15构成的第一 RC滤波 电路与射频端模拟开关U8的第一控制端相连；另一路则经过电阻R25、及电容C29构成的 第二 RC滤波电路连接在天线端模拟开关U7的第一控制端上。信号前置接收电路主要由电感L12及电容C37、C39构成的滤波去耦电路；射频三 极管KST10MTF ；电阻R34、R35、电容C42、C43、C87及电感L14构成的波型整形电路；双极性 三极管BC847PN ；以及电阻R26、R27及电容C30和构成的滤波反馈电路的构成。天线端模 拟开关U7中的第二输出口经过滤波去耦电路连接至射频三极管KST10MTF的基极。射频三 极管KST10MTF的发射极接地。射频三极管KST10MTF的集电极的一路经电容C40、C42直接 与射频端模拟开关U8的第二输出口相连；另一路则通过波型整形电路分别连接至双极性 三极管BC847PN的第二集电极上和电源输出端口 RX_PWR上。双极性三极管BC847PN的第 二发射极、第二基极和第一集电极经过滤波反馈电路连接至电源输入端口 3V3。双极性三极 管BC847PN的第一发射极接地。双极性三极管BC847PN的第一基极经电阻R28连接在RF 收发器的第二控制端RF_TXC_GD02上。上述RF收发器的第二控制端RF_TXC_GD02 —路经 过电阻R36与射频端模拟开关U8的第二控制端相连，另一路则经过电阻R13及电容C28构 成的第三RC滤波电路连接在天线端模拟开关U7的第二控制端上。天线匹配电路采用双T型匹配电路，即包括电感L16及电容C49、C50构成的第一 阻抗匹配电路；以及电感L16、L17及电容C50、C51、C52构成的第二阻抗匹配电路。第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路的作用均是滤波和隔离高频信号，通过参数选择来实现最 大限度的滤波和隔离。RF模块的传输和控制功能采用433Mhz频段，实现的近距离的无线控制和传输，它 不但可以接入智能家居无线管理网关，以实现家庭式集中管理的模式，而且燃气公司也可 以借助RF模式对燃气表的访问。为了实现预付费无线智能燃气表的多种通信模式，所述嵌入式处理器上还接有 WIFI模块和EVDO模块。WIFI (Wireless Fidelity无线收发)模块，采用的2. 4GHz的频段进行无线数据 的收发。该WIFI模块包括无线收发芯片及其外围电路，其中无线收发芯片的时钟由外部 晶振及电容组成的振荡电路提供。本实用新型的WIFI模块采用的是LBWA18HEPZ模块， 它是一个IEEE标准的WLAN 802. llb/g模块，该模块内部集成了 WLAN芯片、电擦除存储 器、低压差线性温压器、驱动及功率放大器、晶振、不平衡变压器和单刀双掷开关该模块内 部结构。该模块中应用的88W8686S0C芯片是一个低成本、低功耗、集成了 MAC/基带/射 频/IEEE802. lla/b/g无线系统的高集成度的单片解决方案，载荷速率适合802. Ila或者 802. Ilg规定的6-54M bps，也可以满足802. Ilb所要求的l_llMbps。无线收发芯片的 VDD12、VDD18A、ANT_SEL_N端口分别通过电容对地藕合连接，目的是去除杂波干扰并选择天 线极性输出。无线收发芯片的30^、1 51丄511050与1 ^ SPI端连接，完成对WIFI模块 的控制。无线收发芯片的TX2_0UTRX2_IN_ND之WIFI收发端分别通过电感和电容组成的2 套天线发送匹配电路与无线收发天线相连，完成无线信号的收发。EVDO模块是基于中国电信CDMA200网络的3G数据通信技术，中文名叫数据优化 演进版本，该模块已经内置了分级收发天线。该EVDO模块的UIM_PWR、UIM_DATA、UIM_CLK、 UIM_RST_N端口接到UIM卡插座，作为3G使用权限验证，EVDO模块的USB_D_N USB_D_P端 口接至嵌入式处理器的USB接口，完成对EVDO模块的控制。该3G通信模块针对远距离大 范围的监控管理模式，最适合以城市为范围经营的燃气公司。
权利要求
1.预付费无线智能燃气表，包括电源、嵌入式处理器、计量传感器单元、阀门控制单元、 IC卡读写单元、存储单元和显示单元，上述计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单 元、存储单元和显示单元均与嵌入式处理器相连接；其特征在于所述嵌入式处理器上还 接有RF模块，该RF模块主要由RF收发器、功率放大电路、天线匹配电路和射频收发天线构 成；其中功率放大电路包括信号接收前置放大电路、信号发射前置放大电路、以及2个四通 道双级双掷的射频端模拟开关(U8)和天线端模拟开关(U7)，信号接收前置放大电路和信 号发射前置放大电路分别并联在射频端模拟开关(U8)和天线端模拟开关(U7)的2组输出 口之间，且射频端模拟开关(U8)的输入口连接RF收发器，天线端模拟开关(U7)的输入口 则经过天线匹配电路与射频收发天线相连；射频端模拟开关(U8)和天线端模拟开关(U7) 的2组控制端口分别相连。
2.根据权利要求1所述的预付费无线智能燃气表，其特征在于所述信号发射前置 放大电路主要由电容(C22、C23)及电感(L7、L9)构成的平衡滤波电路；电感(Li)及电容 (C19)构成的LC谐振电路；射频放大晶体管0110)；电感(L17)及电容(C33、C100)构成 的第一 LC滤波电路；电感(L6)及电容(C35)构成的第二 LC滤波电路；电容(C34、C36)构 成的晶体管电源滤波电路；偏压电阻(R30、R38)；以及限流电阻(R44)构成；天线端模拟开 关(U7)的第一输出口经过平衡滤波电路、LC谐振电路和第一 LC滤波电路连接在射频放 大晶体管toio)的漏极上；该射频放大晶体管oao)的漏极还分别与晶体管电源滤波电路 和电源输出端(PA_PWR)连接，射频放大晶体管oao)的源极接地；射频放大晶体管(QlO) 的栅极分为两路，一路经电容(C40连接在射频端模拟开关(U8)的第一输出口上，另一路 则经过第二 LC滤波电路、偏压电阻和限流电阻分别连接在RF收发器的第一控制端(RF_ TXC_GD00)上；上述RF收发器的第一控制端(RF_TXC_GD00)的一路经过电阻(R37)、及电容 (C12、C15)构成的第一 RC滤波电路与射频端模拟开关(U8)的第一控制端相连；另一路则 经过电阻(R25)、及电容(C29)构成的第二RC滤波电路连接在天线端模拟开关(U7)的第一 控制端上。
3.根据权利要求1所述的预付费无线智能燃气表，其特征在于所述信号前置接收电 路主要由电感(L12)及电容(C37、C39)构成的滤波去耦电路；射频三极管(KST10MTF)； 电阻(R34、R35)、电容(C42、C43、C87)及电感(L14)构成的波型整形电路；双极性三极管 (BC847PN)；以及电阻(R26、R27)及电容(C30)和构成的滤波反馈电路的构成；天线端模拟 开关(U7)中的第二输出口经过滤波去耦电路连接至射频三极管(KST10MTF)的基极；射频 三极管(KST10MTF)的发射极接地；射频三极管(KST10MTF)的集电极的一路经电容(C40、 C42)直接与射频端模拟开关(U8)的第二输出口相连，另一路则通过波型整形电路分别连 接至双极性三极管(BC847PN)的第二集电极上和电源输出端口(RX_PWR)上；双极性三极管 (BC847PN)的第二发射极、第二基极和第一集电极经过滤波反馈电路连接至电源输入端口 (3V3)；双极性三极管(BC847PN)的第一发射极接地；双极性三极管(BC847PN)的第一基极 经电阻(R28)连接在RF收发器的第二控制端(RF_TXC_GD02)上；上述RF收发器的第二控 制端(RF_TXC_GD(^) —路经过电阻(R36)与射频端模拟开关(U8)的第二控制端相连，另一 路则经过电阻(R13)及电容(C28)构成的第三RC滤波电路连接在天线端模拟开关(U7)的 第二控制端上。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的预付费无线智能燃气表，其特征在于所述天线匹配电路为双T型匹配电路。
5.根据权利要求1所述的预付费无线智能燃气表，其特征在于所述嵌入式处理器还 接有一 WIFI模块，且该WIFI模块与一无线收发天线相连。
6.根据权利要求1所述的预付费无线智能燃气表，其特征在于所述嵌入式处理器上 还接有一 EVDO模块，且EVDO模块内置有一分级收发天线。
全文摘要
本发明公开一种预付费无线智能燃气表，包括与嵌入式处理器相连的计量传感器单元、阀门控制单元、IC卡读写单元、存储单元、显示单元和RF模块。其中RF模块主要由RF收发器、功率放大电路、天线匹配电路和射频收发天线构成。其中功率放大电路包括信号接收前置放大电路、信号发射前置放大电路、以及2个四通道双级双掷的射频端模拟开关和天线端模拟开关，信号接收前置放大电路和信号发射前置放大电路分别并联在射频端模拟开关和天线端模拟开关之间。本燃气表能够完成网络互联，燃气经营和管理机构难以实现对所有燃气用户的管理与调控的不足，提供一种预付费无线智能燃气表。
文档编号G07F15/06GK102074074SQ201010594679
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者傅云生, 刘洪林, 张有坚, 梁文耕, 罗源伟, 高柱荣 申请人:桂林市利通电子科技有限责任公司