[發明專利]兼具高信噪比和高穩定性的M-BUS的4G水表采集器

在審

• 申請號: 202010738526.5
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111833582A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 李冬;朱俊勝
• 申請（專利權）人: 深圳市創仁科技有限公司
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;G08C19/00
• 代理公司: 深圳市博銳專利事務所 44275
• 代理人: 林棟

1.兼具高信噪比和高穩定性的M-BUS的4G水表采集器，其特征在于，包括電源模塊、控制單元、4G通訊模塊、藍牙通訊模塊、SIM卡電路、水表通訊接口、天線、防雷電路和M-BUS接收電路；

所述電源模塊分別與控制單元和4G通訊模塊電連接，所述控制單元分別與SIM卡電路、藍牙通訊模塊和M-BUS接收電路電連接，所述4G通訊模塊與天線電連接，所述M-BUS接收電路與水表通訊接口電連接，所述水表通訊接口與防雷電路電連接；

所述M-BUS接收電路設置在控制單元和M-BUS過流保護電路之間且用于連接控制單元和M-BUS過流保護電路，所述M-BUS接收電路包括電容C3、電容C2、穩壓芯片U1、二極管D1、電阻R16、電阻R10、電阻R8、電阻R17、電容C9、電阻R9、電阻R21、電阻R22、三極管Q4、施密特觸發器U5C、電阻R124、電阻R105、三極管Q2、電阻R12、電阻R103、電阻R33、施密特觸發器U5B、電壓比較器U3B、電阻R32、電阻R34、電容C75、電阻R15、二極管D2、電阻R117、電容C7、電容C5、電容C8、電容C10、電壓比較器U3A、電阻R29、二極管D8、二極管D9、二極管D10、二極管D11、電容C15、電容C16、電容C17、電容C81、電容C6、電阻R18、電阻R20、電阻R205、電阻R203、電阻R204、電阻R201、電阻R202、電阻R7、電容C202、電容C200、電容C201、電容C203、電容C4、運算放大器U15A、穩壓二極管ZW10、穩壓二極管ZW11和運算放大器U15B；

所述電容C3和電容C2并聯連接，所述電容C3和電容C2并聯后的一端接地，所述電容C3和電容C2并聯后的另一端與穩壓芯片U1的第三引腳均與32V電源電連接；所述二極管D1的負極與穩壓芯片U1的第三引腳電連接，所述二極管D1的正極與穩壓芯片U1的第二引腳電連接；所述穩壓芯片U1的第二引腳分別電阻R10的一端和電阻R8的一端電連接，所述電阻R10的另一端分別與穩壓芯片U1的第一引腳、電阻R16的一端、電容C9的一端和電阻R17的一端電連接，所述電阻R16的另一端與三極管Q4的集電極電連接，所述三極管Q4的基極與電阻R22的一端電連接，所述電阻R22的另一端分別與電阻R9的一端、施密特觸發器U5C的輸出端和電阻R21的一端電連接，所述電阻R9的另一端接3.3V電源，所述施密特觸發器U5C的兩個輸入端相互連接且與控制單元電連接，所述電阻R21的另一端與三極管Q4的發射極電連接且均接地；所述電容C9的另一端、電阻R17的另一端和電阻R8的另一端相互連接且均接地；

所述電阻R124的一端與控制單元電連接，所述電阻R124的另一端分別與電阻R105的一端和三極管Q2的基極電連接，所述電阻R105的另一端與三極管Q2的發射極相互連接且均接地；所述三極管Q2的集電極與電阻R12的一端電連接，所述電阻R12的另一端分別與施密特觸發器U5B的一輸入端和電阻R103的一端電連接，所述電阻R103的另一端與電阻R33的一端相互連接且均接3.3V電源；所述電阻R33的另一端分別與施密特觸發器U5B的另一輸入端和電壓比較器U3B的輸出端電連接，所述施密特觸發器U5B的輸出端與控制單元電連接；所述電壓比較器U3B的正向輸入端分別與電阻R32的一端、電阻R34的一端和電容C75的一端電連接，所述電阻R32的一端接3.3V電源，所述電阻R34的另一端和電容C75的另一端相互連接且均接地；所述電壓比較器U3B的反向輸入端通過電阻R15接3.3V電源；

所述電壓比較器U3B的反向輸入端分別與電容C8的一端、電容C10的一端和電壓比較器U3A的輸出端電連接，所述電容C10的另一端接地，所述電容C8的另一端分別與電壓比較器U3A的正向輸入端、二極管D8的正極、二極管D10的負極和電阻R18的一端電連接；所述電壓比較器U3A的反向輸入端分別與電阻R29的一端、二極管D8的負極、二極管D9的正極、電容C15的一端、電容C16的一端、電容C17的一端、電容C81的一端和電阻R20的一端電連接，所述電阻R29的另一端、電容C15的另一端、電容C16的另一端、電容C17的另一端和電容C81的另一端相互連接且均接地；所述二極管D9的負極與二極管D10的正極電連接，所述電阻R20的另一端分別與二極管D11的負極和電容C6的一端電連接，所述電容C6的另一端接地，所述二極管D11的正極和電阻R18的另一端均與運算放大器U15B的輸出端電連接；

所述運算放大器U15B的反向輸入端與運算放大器U15B的輸出端電連接，所述運算放大器U15B的正向輸入端分別與運算放大器U15A的輸出端、電容C202的一端和電阻R205的一端電連接；所述電容C202的另一端、電阻R205的另一端、電容C200的一端和電阻R203的一端均與運算放大器U15A的反向輸入端電連接，所述電容C200的另一端接地，所述電阻R203的另一端分別與電阻R201的一端和穩壓二極管ZW10的正極電連接，所述電阻R201的另一端接地，所述穩壓二極管ZW10的負極分別與穩壓芯片U1的第二引腳和電阻R7的一端電連接，所述電阻R7的另一端分別與穩壓二極管ZW11的負極、電容C4的一端和M-BUS過流保護電路電連接；所述穩壓二極管ZW11的正極分別與電阻R202的一端和電阻R204的一端電連接，所述電阻R202的另一端接地，所述電阻R204的另一端分別與電容C201的一端和運算放大器U15A的正向輸入端電連接，所述電容C201的另一端接地，所述運算放大器U15A的電源端通過電容C203后接地；

所述二極管D2的正極接32V電源，所述二極管D2的負極分別與電阻R117的一端和電容C7的一端電連接，所述電阻R117的另一端與電容C5的一端電連接，所述電容C7的另一端和電容C5的另一端相互連接且均接地；

所述控制單元包括型號為STM32L15xRC的控制芯片U7，所述施密特觸發器U5C的兩個輸入端均與控制芯片U7的第二十九引腳電連接，所述電阻R124的一端與控制芯片U7的第五十九引腳電連接，所述施密特觸發器U5B的輸出端與控制芯片U7的第三十引腳電連接；

所述電源模塊包括電感J0、電感L1、電感L2、電感L3、電感L4、二極管D15、電阻RP1、穩壓管ZD1、插接口J2、MOS管Q5、電阻R35、電阻R37、電阻R40、電阻R42、電容C19、穩壓芯片U9、電容C34、電容C35、瓷片電容E4、瓷片電容E5、電容C36和電容C37；

所述電感J0的一端與電池+BAT電連接，所述電感J0的另一端與二極管D15的負極電連接，所述二極管D15的正極分別與電感L1的一端、電感L2的一端和電阻R42的一端電連接，所述電感L1的另一端分別與電感L2的另一端、電阻RP1的一端和穩壓管ZD1的一端電連接，所述電阻RP1的另一端與插接口J2的第一引腳電連接，所述穩壓管ZD1的另一端分別與插接口J2的第二引腳、插接口J2的第三引腳、電感L3的一端和電感L4的一端電連接；所述電感L3的另一端和電感L4的另一端相互連接且均接地；所述電阻R42的另一端分別與MOS管Q5的柵極、電阻R40的一端和電容C19的一端電連接；所述電阻R40的另一端、電容C19的另一端和電阻R37的一端相互連接且均接地；所述電阻R37的另一端分別與電阻R35的一端和控制芯片U7的第三十八引腳電連接，所述電阻R35的另一端與MOS管Q5的源極電連接，所述MOS管Q5的漏極接3.3V電源；

所述穩壓芯片U9的第二引腳、電容C34的一端、電容C35的一端和瓷片電容E4的一端相互連接且均與電池+BAT電連接，所述穩壓芯片U9的第三引腳、瓷片電容E5的一端、電容C36的一端和電容C37的一端相互連接且均接3.3V電源，所述電容C34的另一端、電容C35的另一端、瓷片電容E4的另一端、穩壓芯片U9的第一引腳、瓷片電容E5的另一端、電容C36的另一端和電容C37的另一端相互連接且均接地；

所述4G通訊模塊包括集成芯片GSM1、電容C46、電容C47、電容C48、電容C49、瓷片電容E8、瓷片電容E9、穩壓二極管Z6、電阻R100、三極管Q19、二極管D22、二極管D23、電阻R106、電阻R114、電阻R88、電容C54和電容C55；

所述集成芯片GSM1的型號為M26FA-03-STD，所述電容C46的一端、電容C47的一端、電容C48的一端、電容C49的一端、瓷片電容E8的一端、瓷片電容E9的一端和穩壓二極管Z6的負極相互連接且均與集成芯片GSM1的第四十二引腳以及第四十三引腳電連接；所述電容C46的另一端、電容C47的另一端、電容C48的另一端、電容C49的另一端、瓷片電容E8的另一端、瓷片電容E9的另一端和穩壓二極管Z6的正極相互連接且均接地；

所述三極管Q19的基極通過電阻R100與控制芯片U7的第十五引腳電連接，所述三極管Q19的集電極與集成芯片GSM1的第七引腳電連接，所述三極管Q19的發射極接地；

所述集成芯片GSM1的第十一引腳、第十二引腳、第十三引腳和第十四引腳分別與SIM卡電路電連接；

所述集成芯片GSM1的第十七引腳分別與二極管D23的正極和電阻R114的一端電連接，所述二極管D23的負極與控制芯片U7的第十六引腳電連接，所述電阻R114的另一端與集成芯片GSM1的第二十四引腳電連接；所述集成芯片GSM1的第十八引腳與二極管D22的正極電連接，所述二極管D22的負極分別與電阻R106的一端和控制芯片U7的第十七引腳電連接，所述電阻R106的另一端接地；所述集成芯片GSM1的第三十五引腳分別與電阻R88的一端和電容C54的一端電連接，所述電容C54的另一端接地，所述電阻R88的另一端分別與電容C55的一端和IPEX天線接口電連接，所述IPEX天線接口與天線電連接，所述電容C55的另一端接地；

所述SIM卡電路包括集成芯片U13、電阻R115、電阻R116、集成芯片U12、電容C68、電容C69、電容C70和電容C71；

所述集成芯片U13為M2M-SMD，所述集成芯片U12為SIM-CARD；

所述集成芯片U13的第一引腳和第九引腳接地，所述集成芯片U13的第二引腳通過電阻R115與集成芯片GSM1的第十一引腳電連接，所述集成芯片U13的第三引腳通過電阻R116與集成芯片GSM1的第十一引腳電連接，所述集成芯片U13的第六引腳與集成芯片GSM1的第十三引腳電連接，所述集成芯片U13的第七引腳與集成芯片GSM1的第十二引腳電連接，所述集成芯片U13的第八引腳與集成芯片GSM1的第十四引腳電連接；

所述集成芯片U12的第一引腳分別與集成芯片GSM1的第十四引腳和電容C68的一端電連接，所述集成芯片U12的第二引腳分別與集成芯片GSM1的第十二引腳和電容C69的一端電連接，所述集成芯片U12的第三引腳分別與集成芯片GSM1的第十三引腳和電容C70的一端電連接，所述集成芯片U12的第七引腳分別與集成芯片GSM1的第十一引腳和電容C71的一端電連接，所述集成芯片U12的第五引腳、電容C68的另一端、電容C69的另一端、電容C70的另一端和電容C71的另一端相互連接且均接地；

所述藍牙通訊模塊包括電阻R1、電阻R2、電阻R5、電容C1、MOS管Q1、集成芯片U4、電容C11、電容C12、電阻R13、二極管D6和二極管D7；

所述電阻R1的一端與MOS管Q1的源極電連接且均接3.3V電源；所述電阻R1的另一端分別與MOS管Q1的柵極和電阻R5的一端電連接，所述電阻R5的另一端與控制芯片U7的第三十三引腳電連接；所述MOS管Q1的漏極分別與電容C1的一端和電阻R2的一端電連接，所述電容C1的另一端和電阻R2的另一端均接地；所述MOS管Q1的漏極與電阻R13的一端電連接；

所述電阻R13的另一端分別與集成芯片U4的第十七引腳和二極管D6的正極電連接，所述二極管D6的負極與控制芯片U7的第四十二引腳電連接；所述二極管D7的負極與集成芯片U4的第十六引腳電連接；所述二極管D7的正極與控制芯片U7的第四十三引腳電連接；所述集成芯片U4的第一引腳、第六引腳和第十四引腳均接地；所述集成芯片U4的第二引腳分別與電容C11的一端和電容C12的一端電連接，所述電容C11的另一端和電容C12的另一端均接地；

所述水表通訊接口包括電阻R57、MOS管Q9、電阻R62、電阻R58、電容C27、接口J10和接口J11；

所述電阻R57的一端與MOS管Q9的源極電連接且均接3.3V電源；所述電阻R57的另一端分別與MOS管Q9的柵極和電阻R62的一端電連接，所述電阻R62的另一端與控制芯片U7的第三十九引腳電連接，所述MOS管Q9的漏極分別與電容C27的一端和電阻R58的一端電連接，所述電容C27的另一端接地，所述電阻R58的另一端接地；

所述接口J10的第一引腳、接口J11的第一引腳和MOS管Q9的漏極相互連接；所述接口J10的第二引腳、接口J11的第二引腳和控制芯片U7的第二十九引腳電連接；所述接口J10的第三引腳、接口J11的第三引腳和控制芯片U7的第三十引腳電連接；所述接口J10的第四引腳接地，所述接口J11的第四引腳接地，所述接口J11的第五引腳接電池+BAT；

所述防雷電路包括第一分支電路、第二分支電路、第三分支電路、第四分支電路和第五分支電路；

所述第一分支電路包括電阻R48、電阻R54、MOS管Q8、二極管D16、繼電器RL1、二極管Z2、接口J5和繼電器RL5；所述電阻R48的一端與控制芯片U7的第五十四引腳電連接，所述電阻R48的另一端分別與MOS管Q8的柵極和電阻R54的一端電連接，所述MOS管Q8的源極和電阻R54的另一端均接地；所述MOS管Q8的漏極分別與二極管D16的正極、繼電器RL1的第八引腳和繼電器RL5的第八引腳電連接，所述二極管D16的負極分別與繼電器RL1的第一引腳和繼電器RL5的第一引腳電連接，所述繼電器RL1的第三引腳與繼電器RL5的第六引腳電連接，所述繼電器RL1的第六引腳與繼電器RL5的第三引腳電連接，所述繼電器RL1的第四引腳分別與二極管Z2的一端、接口J5的第一引腳和繼電器RL5的第五引腳電連接，所述繼電器RL1的第五引腳分別與二極管Z2的另一端、接口J5的第二引腳和繼電器RL5的第四引腳電連接；

所述第二分支電路包括電阻R56、電阻R60、MOS管Q10、二極管D17、繼電器RL2、二極管Z3、接口J9和繼電器RL6；所述電阻R56的一端與控制芯片U7的第五十五引腳電連接，所述電阻R56的另一端分別與MOS管Q10的柵極和電阻R60的一端電連接，所述MOS管Q10的源極和電阻R60的另一端均接地；所述MOS管Q10的漏極分別與二極管D17的正極、繼電器RL2的第八引腳和繼電器RL6的第八引腳電連接，所述二極管D17的負極分別與繼電器RL2的第一引腳和繼電器RL6的第一引腳電連接，所述繼電器RL2的第三引腳與繼電器RL6的第六引腳電連接，所述繼電器RL2的第六引腳與繼電器RL6的第三引腳電連接，所述繼電器RL2的第四引腳分別與二極管Z3的一端、接口J9的第一引腳和繼電器RL6的第五引腳電連接，所述繼電器RL2的第五引腳分別與二極管Z3的另一端、接口J9的第二引腳和繼電器RL6的第四引腳電連接；

所述第三分支電路包括電阻R64、電阻R65、MOS管Q11、二極管D18、繼電器RL3、二極管Z4、接口J12和繼電器RL7；所述電阻R64的一端與控制芯片U7的第五十六引腳電連接，所述電阻R64的另一端分別與MOS管Q11的柵極和電阻R65的一端電連接，所述MOS管Q11的源極和電阻R65的另一端均接地；所述MOS管Q11的漏極分別與二極管D18的正極、繼電器RL3的第八引腳和繼電器RL7的第八引腳電連接，所述二極管D18的負極分別與繼電器RL3的第一引腳和繼電器RL7的第一引腳電連接，所述繼電器RL3的第三引腳與繼電器RL7的第六引腳電連接，所述繼電器RL3的第六引腳與繼電器RL7的第三引腳電連接，所述繼電器RL3的第四引腳分別與二極管Z4的一端、接口J12的第一引腳和繼電器RL7的第五引腳電連接，所述繼電器RL3的第五引腳分別與二極管Z4的另一端、接口J12的第二引腳和繼電器RL7的第四引腳電連接；

所述第四分支電路包括電阻R80、電阻R82、MOS管Q16、二極管D19、繼電器RL4、二極管Z5、接口J14和繼電器RL8；所述電阻R80的一端與控制芯片U7的第五十七引腳電連接，所述電阻R80的另一端分別與MOS管Q16的柵極和電阻R82的一端電連接，所述MOS管Q16的源極和電阻R82的另一端均接地；所述MOS管Q16的漏極分別與二極管D19的正極、繼電器RL4的第八引腳和繼電器RL8的第八引腳電連接，所述二極管D19的負極分別與繼電器RL4的第一引腳和繼電器RL8的第一引腳電連接，所述繼電器RL4的第三引腳與繼電器RL8的第六引腳電連接，所述繼電器RL4的第六引腳與繼電器RL8的第三引腳電連接，所述繼電器RL4的第四引腳分別與二極管Z5的一端、接口J14的第一引腳和繼電器RL8的第五引腳電連接，所述繼電器RL4的第五引腳分別與二極管Z5的另一端、接口J14的第二引腳和繼電器RL8的第四引腳電連接；

所述第五分支電路包括電阻R131、電阻R132、電阻R129、電阻R130、MOS管Q24和MOS管Q23；所述電阻R131的一端與控制芯片U7的第五十八引腳電連接，所述電阻R131的另一端分別與MOS管Q24的柵極和電阻R132的一端電連接，所述MOS管Q24的源極和電阻R132的另一端均接地；所述MOS管Q24的漏極與電阻R130的一端電連接，所述電阻R130的另一端分別與電阻R129的一端和MOS管Q23的柵極電連接，所述電阻R129的另一端與MOS管Q23的源極電連接，所述MOS管Q23的漏極接3.3V電源。