基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼闹谱鞣椒?br> 【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)獗怼Ｋな饺細(xì)獗砘怼?*直讀式紅外編碼器、3*7選1開(kāi)關(guān)模塊、紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊、光照環(huán)境能收集和通信模塊、振動(dòng)環(huán)境能收集模塊等。3*直讀式紅外編碼器輸出模擬量編碼值，經(jīng)3*7選1開(kāi)關(guān)模塊、紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊、上傳燃?xì)獾臄?shù)字量數(shù)據(jù)至光照環(huán)境能收集和通信模塊。本發(fā)明的電能取自環(huán)境；按用電需求設(shè)計(jì)光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集方案的可用性好；單環(huán)半圓編碼工藝簡(jiǎn)單、便于糾錯(cuò)；微功耗管理電路提升了環(huán)境能收集的效率；較低無(wú)線通信頻率的EnOcean標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議具有良好的繞射能力；極化繼電器和中斷喚醒技術(shù)則優(yōu)化了環(huán)境能的利用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)獗?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬燃?xì)獗碜詣?dòng)抄表的技術(shù)范疇，特別是指基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技 術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)獗怼?br>
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)和住房條件的不斷改善，高層住宅大量涌現(xiàn)、日漸成 為居住的主流業(yè)態(tài)；伴隨高層住宅如影相隨的水、電、燃?xì)獗淼某黼y度亦倍增加劇。通過(guò) 業(yè)界數(shù)十年的不懈努力，水電抄表問(wèn)題相當(dāng)程度上得到了解決或緩解。杭州推行一戶一表 之日，就是水表抄表難題不復(fù)存在之時(shí)，此外一戶一表有利供水品質(zhì)的改善，因此居民樂(lè)意 為"一戶一表"付費(fèi)買(mǎi)單；在杭的新建高層住宅中標(biāo)配集中式電表屏，電表的抄表難題迎刃 而解；唯獨(dú)燃?xì)獗淼某砼e步維艱，不見(jiàn)起色！杭州管道天然氣發(fā)展迅速，2012年管道天 然氣用戶逾57萬(wàn)戶，較2011年增長(zhǎng)8. 95% ;但是時(shí)至今日杭州管道天然氣公司的抄表模 式依舊：抄表員定時(shí)入戶實(shí)地抄表。燃?xì)庾鳛閲?guó)家公共事業(yè)的重要組成部分，是居民日常生 活中必不可少的能源；燃?xì)獗砼c水電表不同，從使用的安全視角考量，現(xiàn)有技術(shù)條件下不允 許將其移到戶外；換言之，燃?xì)獗頍o(wú)法復(fù)制水電表的成功之路一變更計(jì)量表安裝地點(diǎn)。入 戶人工抄表模式存在諸多缺陷：企業(yè)承擔(dān)高昂的人力成本壓力，苦不堪言；抄表員勞動(dòng)強(qiáng) 度大、效率低，漏抄誤抄率高、抄表數(shù)據(jù)的質(zhì)量欠佳；用戶體驗(yàn)差，居民不認(rèn)同。
[0003] 1986年，美國(guó)建立了自動(dòng)抄表研究協(xié)會(huì)，旨在發(fā)展和推廣自動(dòng)抄表技術(shù)。2000年， 國(guó)家科委和建設(shè)部在《2000年小康型城市住宅科技產(chǎn)業(yè)工程示范小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中提 出解決入戶抄表問(wèn)題；2004年6月1日，建設(shè)部正式頒布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《JG/T162- 2004住宅 遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)》和《CJ/T188- 2004戶用計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件》;2009年10月19日， 再次頒布融合各方意見(jiàn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JG/T162-2009住宅遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)》。一系列標(biāo)準(zhǔn)的頒 布對(duì)規(guī)范自動(dòng)抄表行業(yè)，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有積極的意義。遺撼的是燃?xì)獬韰s與標(biāo)準(zhǔn) 的要求大相徑庭，有必要在分析、評(píng)估燃?xì)庾詣?dòng)抄表領(lǐng)域各種解決方案和技術(shù)的基礎(chǔ)上，否 定落伍的技術(shù)、汲取合理的成份,設(shè)計(jì)燃?xì)庾詣?dòng)抄表的基本體系框架。
[0004] ·IC充值卡解決方案。IC卡易受高壓攻擊損壞，不支持燃?xì)馐蹆r(jià)隨行就市的企業(yè) 需求；電池更換煩人，欠費(fèi)充值麻煩。固有的技術(shù)缺陷和用戶體驗(yàn)差，風(fēng)糜一時(shí)的IC充值卡 解決方案終成棄兒。江蘇揚(yáng)州市曾是首批吃螃蟹者，2003年該市全面停用長(zhǎng)達(dá)6年時(shí)間跨 度的燃?xì)釯C充值卡系統(tǒng)。
[0005] ?有/無(wú)線抄表解決方案。有（專(zhuān)）線抄表的投資不菲、抄表專(zhuān)線常因人為破壞影 響正常使用，布線和維護(hù)的工作量巨大，而且系統(tǒng)的可擴(kuò)展性有限；圍繞有線抄表解決方案 的質(zhì)疑聲從未停息，有線抄表方案處于不斷邊緣化的進(jìn)程中。無(wú)線抄表系統(tǒng)技術(shù)可靠、系統(tǒng) 的伸縮性上佳，無(wú)需布線、運(yùn)維工作量適中，無(wú)線解決方案在燃?xì)獬順I(yè)務(wù)方面優(yōu)勢(shì)明顯。
[0006] ?脈沖/直讀式測(cè)量。燃?xì)獗砘恚ū砭邇?nèi)置機(jī)械計(jì)量）屬一次測(cè)量，脈沖式測(cè) 量為二次測(cè)量；理論上兩者應(yīng)一致、工程中兩者呈差異（誤差）；必須指出，脈沖式測(cè)量造成 的誤差屬累計(jì)誤差，累計(jì)誤差對(duì)燃?xì)獗碛?jì)量精度的損害是災(zāi)難性的。嚴(yán)格的學(xué)術(shù)研究范疇 中，所謂的直讀式測(cè)量與測(cè)量無(wú)關(guān)、本質(zhì)上是一種位置識(shí)別技術(shù)和方法；因?yàn)槠渫耆[離測(cè) 量技術(shù)和測(cè)量方法，稱(chēng)其為機(jī)械計(jì)量表具的"顯示方式"倒也實(shí)至名歸。2005年以前，使用 較多的是脈沖式測(cè)量。脈沖數(shù)采技術(shù)落后、易受電磁干擾、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性不高；運(yùn)行 時(shí)需一直通電、功耗大，配設(shè)必需的后備電源又增加了技術(shù)的復(fù)雜度；漸行漸遠(yuǎn)的脈沖式測(cè) 量逐步淡出了業(yè)界的視線。
[0007] 綜上所述，燃?xì)庾詣?dòng)抄表解決方案應(yīng)聚焦直讀式無(wú)線燃?xì)獗眢w系框架的搭建。鑒 于燃?xì)庾詣?dòng)抄表差強(qiáng)人意的現(xiàn)狀，本發(fā)明從直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼牟蛔闱腥耄治?不足"的 源由，立足主流膜式燃?xì)獗淼墓r和抄表需求，設(shè)計(jì)消除"不足"的應(yīng)對(duì)之策，提出可行的燃 氣自動(dòng)抄表解決方案。
[0008] 1、無(wú)線通信的室內(nèi)傳輸性能亟待提高。國(guó)內(nèi)燃?xì)獗頍o(wú)線抄表主要基于2. 4GHz頻 率的ZigBee;由于ZigBee是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，能得到成熟的軟硬件套件支持、以及可供借鑒模仿 的眾多成功案例的協(xié)助；故技術(shù)門(mén)檻相對(duì)較低，自然成為業(yè)界的首選。頻率與繞射能力成反 t匕，高頻ZigBee的繞射指標(biāo)數(shù)據(jù)偏低、承擔(dān)燃?xì)獗淼氖覂?nèi)傳輸力不從心。業(yè)界意識(shí)到問(wèn)題 的癥結(jié)所在，如上海大眾燃?xì)庥邢薰驹鴩L試433MHz無(wú)線通信；433MHz無(wú)線通信需自行設(shè) 計(jì)從底層到上層的協(xié)議、低功耗模式，技術(shù)門(mén)檻高、無(wú)疾而終。消除"問(wèn)題癥結(jié)"的應(yīng)對(duì)之策 是：移植有成熟軟硬件套件支持的、低無(wú)線通信頻率的EnOcean標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
[0009] 2、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不確定性技術(shù)瓶頸。新建小區(qū)入住率的隨機(jī)性、往往存在大量空 置房，廉租房的租戶資格動(dòng)態(tài)認(rèn)定機(jī)制也導(dǎo)致一段時(shí)間內(nèi)的空置房，以及其它原因產(chǎn)生的 空置房等；空置房造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不確定，業(yè)界尚無(wú)化解"不確定"良策。消除"技術(shù)瓶 頸"的應(yīng)對(duì)之策是：拷貝水電表抄表的成功之路，即采用無(wú)線手持抄表器戶外抄表模式。水 電氣三表的抄表關(guān)鍵是：不入戶！全自動(dòng)遠(yuǎn)程抄表是理想目標(biāo)，但不入戶抄表仍是可接受 的解決方案，畢竟創(chuàng)新要在技術(shù)先進(jìn)性、費(fèi)用低廉性和技術(shù)可行性三者間進(jìn)行全面的權(quán)衡 取舍。
[0010]3、直讀式測(cè)量技術(shù)的復(fù)雜度偏高。業(yè)界通行"在普通燃?xì)獗淼挠?jì)數(shù)器字輪印 刷0-9位置的外緣再印刷特定標(biāo)記（或在字輪上開(kāi)不同尺寸的孔），在其外圍固定光 電傳感器及相關(guān)電路"【劉福玉.光電直讀式遠(yuǎn)傳燃?xì)獗砑凹谐硐到y(tǒng)[J]，機(jī)械與電 子，2012. 5】；顯然，"直讀式測(cè)量"的復(fù)雜度偏高，既阻礙直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼某頂?shù)據(jù)質(zhì) 量，又加重MCU的開(kāi)銷(xiāo)和能耗。消除"技術(shù)復(fù)雜度偏高"的應(yīng)對(duì)之策是：設(shè)計(jì)海明距離1糾 錯(cuò)編碼器，實(shí)施直讀式燃?xì)鉁y(cè)量。
[0011] 4、電源問(wèn)題。直讀式無(wú)線燃?xì)獗硎褂靡淮涡噪姵刈鳛殡娫?，電池能量有限、更換在 所難免，定時(shí)更換幾十萬(wàn)戶居民室內(nèi)的電池實(shí)非易事；另一方面，電池自身更是直讀式無(wú)線 燃?xì)獗淼闹饕收显粗?；電源?wèn)題限制了其大面積應(yīng)用和發(fā)展。消除"電源問(wèn)題"的應(yīng)對(duì) 之策是：擺脫對(duì)電池的依賴(lài)，采用環(huán)境能量收集技術(shù)、從燃?xì)獗碇車(chē)h(huán)境收集電能。從用電 需求側(cè)剖析直讀式無(wú)線燃?xì)獗砟芎奶卣鳎寒?dāng)且僅當(dāng)燃?xì)獗硗ㄐ拧⒓t外光電讀取燃?xì)鈹?shù)據(jù)時(shí)， 需mA級(jí)電流；其余時(shí)段僅需μΑ級(jí)電流。杭州管道天然氣公司每2個(gè)月抄一次表，相當(dāng)于 2個(gè)月通信一次、紅外光電讀取燃?xì)鈹?shù)據(jù)一次；考慮到機(jī)械計(jì)量與電子數(shù)據(jù)的同步、燃?xì)獗?的自檢和電子數(shù)據(jù)的可靠性，燃?xì)獗頇C(jī)械計(jì)量時(shí)紅外光電須讀取同步的燃?xì)怆娮訑?shù)據(jù)。環(huán) 境能有太陽(yáng)、電磁、振動(dòng)、熱、風(fēng)、核能等，膜式燃?xì)獗硎占沫h(huán)境能是光照能和振動(dòng)能。室光 中太陽(yáng)能電池結(jié)合超級(jí)電容提供穩(wěn)定的μΑ級(jí)電流，短時(shí)間（秒級(jí)）的mA級(jí)電流；膜式燃 氣表供氣時(shí)，采用壓電能量捕獲技術(shù)提供mA級(jí)電流；一言以蔽之，應(yīng)用光照振動(dòng)互補(bǔ)能量 收集技術(shù)提供直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼碾娔堋?br> [0012] 采用光照振動(dòng)互補(bǔ)能量收集技術(shù)提供直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼碾娔?；在燃?xì)獗砘頇C(jī) 械計(jì)量基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)量齒輪上增設(shè)單環(huán)半圓編碼透空孔、海明距離1糾錯(cuò)編碼器，采集燃 氣的電子數(shù)據(jù)；無(wú)線通信移植有成熟軟硬件套件支持的、315MHZ的EnOcean無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn) 協(xié)議。本發(fā)明未涉及無(wú)線手持抄表器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技 術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)獗怼?br> [0014] 基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)獗戆な饺細(xì)獗砘怼?* 直讀式紅外編碼器、3*7選1開(kāi)關(guān)模塊、紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊、光照環(huán)境能收集和 通信模塊、振動(dòng)環(huán)境能收集模塊、極化繼電器、肖特基二極管；
[0015] 膜式燃?xì)獗砘怼?*直讀式紅外編碼器、3*7選1開(kāi)關(guān)模塊、紅外編碼采集和數(shù)據(jù) 處理模塊順次相連，3*直讀式紅外編碼器和3*7選1開(kāi)關(guān)模塊并聯(lián)后與極化繼電器第一輸 出端相連，極化繼電器輸入端分別與紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊供電端、振動(dòng)環(huán)境能收 集模塊供電端、肖特基二極管陰極相連，肖特基二極管陽(yáng)極、光照環(huán)境能收集和通信模塊、 極化繼電器第二輸出端順次相連；
[0016] 直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼碾娫茨芰吭醋怨庹照駝?dòng)互補(bǔ)環(huán)境能，燃?xì)獗砟芰苛鞯碾妷簠?數(shù)如下：光照環(huán)境能收集和通信模塊輸出電能、輸出電壓Vra= 3. 3V，振動(dòng)環(huán)境能收集模塊 無(wú)/有效時(shí)、輸出電壓Vcc2= 0/3. 3V;VCC1經(jīng)肖特基二極管與VCC2連結(jié)，VCC2= 0時(shí)、VCC3 = Vcci -AV= 3. 3V-AV，VCC2= 3. 3V時(shí)、Vcc3=Vcc2= 3. 3V，其中AV= 〇· 2 ?0· 3V是肖特 基二極管的壓降；
[0017] 燃?xì)獗砣細(xì)鈹?shù)據(jù)信息流的流程如下：膜式燃?xì)獗砘碛?jì)數(shù)器中內(nèi)嵌3*直讀式紅 外編碼器、直讀式紅外編碼器輸出燃?xì)獾哪M量編碼值，經(jīng)3*7選1開(kāi)關(guān)模塊選通紅外接收 編碼管、紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行AD和數(shù)據(jù)處理、上傳燃?xì)獾臄?shù)字量數(shù)據(jù)至光照 環(huán)境能收集和通信模塊；借助無(wú)線手持抄表器與光照環(huán)境能收集和通信模塊的無(wú)線通信， 實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈹?shù)據(jù)的無(wú)線抄表；
[0018] 燃?xì)獗砘パa(bǔ)環(huán)境能能量流的流程如下：燃?xì)獗頂鄽鈺r(shí)，振動(dòng)環(huán)境能收集模塊無(wú)效、 極化繼電器斷開(kāi)、3*直讀式紅外編碼器和3*7選1開(kāi)關(guān)模塊失電；光照環(huán)境能收集和通信 模塊收集的光能轉(zhuǎn)化成電能、在超級(jí)電容支持下提供模塊自身所需的電能、供電電壓V。。= 3. 0?5. 0V，同時(shí)維系休眠狀態(tài)下紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊的供電、供電電壓為Vra = Vcci -AV= 3. 3V-AV;燃?xì)獗硗鈺r(shí)，振動(dòng)環(huán)境能收集模塊生效、極化繼電器閉合，工作 狀態(tài)下紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊、3*直讀式紅外編碼器和3*7選1開(kāi)關(guān)模塊得電、上 述三模塊的供電電壓為Vra= 3. 3V;光照環(huán)境能收集和通信模塊僅提供模塊自身耗用的電 能，模塊自身的供電電壓為V。。、輸出的電壓Vra= 3. 3V;Vra=Vrc2= 3. 3V，即光照環(huán)境能 收集和通信模塊不向模塊外輸出電能。
[0019] 所述的3*直讀式紅外編碼器由個(gè)位編碼器、十位編碼器和百位編碼器組成，3個(gè) 編碼器的原理和結(jié)構(gòu)類(lèi)同，供電電壓Vra= 3. 3V;個(gè)位編碼器包括計(jì)數(shù)器字輪上I. 5mm寬的 單環(huán)半圓編碼透空孔、紅外發(fā)射管、紅外接收編碼組管，紅外發(fā)射管和紅外接收編碼組管垂 直正對(duì)計(jì)數(shù)器字輪、且與單環(huán)半圓編碼透空孔處在同一圓弧上；單環(huán)半圓編碼透空孔隨字 輪旋轉(zhuǎn)，抄表時(shí)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光，紅外接收編碼管或因字輪透空孔接收成功、或因字 輪表盤(pán)遮擋接收失敗，通過(guò)紅外接收編碼管的通斷狀態(tài)、獲取字輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置；個(gè)位編 碼器的紅外接收編碼組管由7只紅外接收編碼管組成，其中5只紅外接收編碼管居中相隔 36°均勻排列，2只糾錯(cuò)紅外接收編碼管分布在接收編碼管的兩端：第S、E糾錯(cuò)紅外接收編 碼管分別與第1、5紅外接收編碼管相距18° ;個(gè)位編碼器的第S紅外接收編碼管與個(gè)位編 碼器的7選1開(kāi)關(guān)模塊CD4051腳1相連，個(gè)位編碼器的第1紅外接收編碼管與個(gè)位編碼器 的7選1開(kāi)關(guān)模塊CD4051腳2相連，余類(lèi)推；個(gè)位編碼器輸出的燃?xì)饽M量編碼格式是：海 明距離1帶糾錯(cuò)功能的模擬量編碼。
[0020] 3*7選1開(kāi)關(guān)模塊由個(gè)位7選1開(kāi)關(guān)模塊、十位7選1開(kāi)關(guān)模塊和百位7選1開(kāi)關(guān) 模塊組成，3個(gè)7選1開(kāi)關(guān)模塊的原理和結(jié)構(gòu)類(lèi)同，供電電壓Vra= 3. 3V;
[0021] 個(gè)位7選1開(kāi)關(guān)模塊以個(gè)位⑶4051為核心，個(gè)位編碼器第3、1、2、3、4、54紅外接 收編碼管的輸出分別與⑶4051腳1、2、4、5、12、13、14相連；紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊 STC12LE5A60S2 腳 18、19、20、44 分別與CD4051 腳 9、10、11、3 相連；個(gè) / 十 / 百位的CD4051 腳6分別與紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊STC12LE5A60S2腳21、22、23相連；
[0022] 紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊STC12LE5A60S2腳21、22、23輸出個(gè)/十/百位 CD4051的片選信號(hào)，紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊STC12LE5A60S2腳9、10、11決定CD4051 的7選1輸入信號(hào)通道，選通的紅外接收編碼管信號(hào)送至STC12LE5A60S2腳44進(jìn)行AD采 樣。
[0023] 所述的所述的紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊以STC12LE5A60S2為核心，供電電壓 VCC3;STC12LE5A60S2腳21、22、23分別與個(gè)/十/百位的CD4051腳6相連、給出CD4051的 片選信號(hào)；STC12LE5A60S2腳18、19、20與個(gè)/十/百位的CD4051腳9、10、11相連、給出 CD4051的7選1輸入通道選擇信號(hào)；STC12LE5A60S2腳44與個(gè)/十/百位的CD4051腳3 相連、對(duì)選通的紅外接收編碼管信號(hào)進(jìn)行AD采樣；STC12LE5A60S2腳42、43分別與光照環(huán) 境能收集和通信模塊STM300C腳22、21相連，上傳燃?xì)獾臄?shù)字量數(shù)據(jù)；
[0024]STC12LE5A60S2腳8與振動(dòng)環(huán)境能收集模塊LTC3588_1腳10相連，輸入振 動(dòng)環(huán)境能收集模塊電能就緒的中斷信號(hào)〇、極化繼電器閉合、喚醒處在休眠狀態(tài)下的 STC12LE5A60S2、啟動(dòng)燃?xì)鈹?shù)據(jù)的采集進(jìn)程；STM300C腳11檢測(cè)振動(dòng)環(huán)境能收集模塊電能的 就緒狀態(tài)，STC12LE5A60S2腳9與STM300C腳16相連；STM300C檢測(cè)振動(dòng)環(huán)境能收集模塊 電能未就緒，STM300C向STC12LE5A60S2發(fā)出電能未就緒的中斷信號(hào)1，極化繼電器斷開(kāi)、 STC12LE5A60S2轉(zhuǎn)入休眠、中止燃?xì)鈹?shù)據(jù)的采集進(jìn)程；反之極化繼電器閉合、繼續(xù)燃?xì)鈹?shù)據(jù) 的米集進(jìn)程。
[0025] 所述的光照環(huán)境能收集和通信模塊以STM300C和MAX666為核心，供電電壓 VCC;STM300C是自獲能專(zhuān)用MCU芯片、實(shí)現(xiàn)光照環(huán)境能收集和通信，MAX666是DC-DC芯 片、輸出穩(wěn)定的3. 3V電源；實(shí)現(xiàn)光照環(huán)境能收集和通信的STM300C硬件平臺(tái)包括太陽(yáng)能電 池板SC175130I，鉭電容C21，超級(jí)電容C22和C23、型號(hào)DCL5R5105-C，自獲能專(zhuān)用MCU芯片 STM300C，鎖存器74HC573,型號(hào)BSS84LT1的場(chǎng)效應(yīng)管〇21為2為3為4，三極管〇 25為6為7為8， 二極管D21、D22、D23、D24、D25;
[0026] 太陽(yáng)能電池SC175130I" + "極與D21陽(yáng)極、Q21源極相連，太陽(yáng)能電池SC175130I"_" 極接地，D21陰極與鉭電容C21 " "極、STM300C腳2和3相連，從C21 " "極引出電源；鉭 電容C21 極接地，R21的兩端分別與Q21的源極、門(mén)極相連；Q21門(mén)極與Q25集電極相連，Q25 發(fā)射極接地，Q25基極與R22的一端相連，R22的另一端與STM300C腳30相連；Q21漏極與D23 陽(yáng)極、Q23源極相連，D23陰極與D22陽(yáng)極相連，D22陰極與D21陰極相連，R25的兩端分別與Q23 的源極、門(mén)極相連；Qm門(mén)極與Qμ集電極相連，Qμ發(fā)射極接地，Qμ基極與Le的一端相連，Le 的另一端與鎖存器74HC573腳19相連；Q23漏極與D25陽(yáng)極相連，D25陰極與D24陽(yáng)極相連， D24陰極與D21陰極相連，R23的一端與STM300C腳30相連，R23的另一端與C24-端、Q26基極 相連，C24的另一端與Q26集電極相連；Q26發(fā)射極接地，Q26集電極與Q22門(mén)極相連，R24的兩端 分別與Q22的門(mén)極、源極相連；Q22漏極與D22陽(yáng)極相連，Q22源極與超級(jí)電容C22 "+"極相連， C22 極接地，R27的一端與鎖存器74HC573腳19相連，R27的另一端與C25的一端、Q28基 極相連，C25的另一端與Q28集電極相連；Q28發(fā)射極接地，Q28集電極與Q24門(mén)極相連，R28的兩 端分別與Q24門(mén)極、源極相連；Q24漏極與D24陽(yáng)極相連，Q24源極與超級(jí)電容C23 "+"極相連， C23 極接地，鎖存器74HC573腳20與D22陽(yáng)極相連，鎖存器74HC573腳10和1并聯(lián)后接 地，鎖存器74HC573的腳11、2分別與STM300C的腳14、15相連；5了]\000(：的腳9、10、1、4、32 分別與C22 " + "極、C23 " + "極、地、天線Ell、R11的一端相連，Rη的另一端與STM300C腳33 相連；STM300C的腳16與STC12LE5A60S2的腳9相連，STM300C的腳33、11分別與振動(dòng)環(huán)境 能收集模塊LTC3588_1的腳10、4相連，LTC3588_1的腳10電能就緒中斷信號(hào)0用于喚醒 休眠狀態(tài)的STM300C、極化繼電器閉合；STM300C借助腳11的AD口、采集LTC3588j腳4的 電壓值：若低于UVLO下降門(mén)限值、STM300C腳16向STC12LE5A60S2發(fā)出電能未就緒中斷信 號(hào)1、極化繼電器斷開(kāi)，中止燃?xì)鈹?shù)據(jù)的采集進(jìn)程、STC12LE5A60S2轉(zhuǎn)入休眠，反之極化繼電 器閉合、繼續(xù)燃?xì)鈹?shù)據(jù)的采集進(jìn)程；STM300C的腳21、22分別與STC12LE5A60S2的腳43、42 相連，建立兩者的通信通道；STM300C的腳12、13分別與極化繼電器控制端1、2相連，脈沖 方式切換極化繼電器的通或斷；STM300C的腳4連接RF天線，接收無(wú)線手持抄表器EnOcean 報(bào)文格式的抄表請(qǐng)求：基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)獗磉M(jìn)行時(shí)間同 步、發(fā)射存儲(chǔ)在STM300C中的燃?xì)鈹?shù)據(jù)；
[0027] 鉭電容C21、超級(jí)電容C22、C23的電壓分別由STM300C的腳2、9、10采集；STM300C腳 30輸出高/低電平時(shí)，一方面Q21和Q25導(dǎo)通/截止、C22充電回路打開(kāi)/關(guān)閉，另一方面Q22 和Q26導(dǎo)通/截止、C22放電回路打開(kāi)/關(guān)閉、同時(shí)R24和C24組成的延時(shí)電路使C22放電回路 延時(shí)關(guān)閉；STM300C的腳15、16分別與鎖存器74HC573的腳2、11相連，鎖存器74HC573腳 19控制C23的充/放電；STM300C腳16高電平、腳15高/低電平時(shí)，鎖存器74HC573的腳19 高/低電平，一方面Q23和Q27導(dǎo)通/截止、C23充電回路打開(kāi)/關(guān)閉，另一方面Q24和Q28導(dǎo)通 /截止、C23放電回路打開(kāi)/關(guān)閉、同時(shí)R28和C25組成的延時(shí)電路使C23放電回路延時(shí)關(guān)閉； SC175130I獲取的環(huán)境光能轉(zhuǎn)化成電能，"電能"在微功耗管理電路調(diào)度；微功耗管理電路 儲(chǔ)能器由小容量鉭電容C21、大容量超級(jí)電容C22和C23組成；C21用于快速充電，C21電壓達(dá)到 STM300C的工作電壓時(shí)、向STM300C供電，SC175130I產(chǎn)生的電能對(duì)C21充電，若SC175130I 尚有剩余電能、依據(jù)C22和C23的電壓，或轉(zhuǎn)存至C22或C23、或舍棄SC175130I產(chǎn)生的剩余電 能；C22和C23存儲(chǔ)SC175130I收集的剩余電能，SC175130I供電不足或不供電時(shí)，由C22維系 直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼拈L(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；C23是C22的熱備份，一旦SC175130I和C22存儲(chǔ)的電能 無(wú)法保證監(jiān)視探測(cè)器的電能需求時(shí)、或C22失效時(shí)，由C23維系直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼拈L(zhǎng)期穩(wěn)定 運(yùn)行；
[0028] 提供穩(wěn)定3. 3V電源的MAX666硬件平臺(tái)以MAX666為核心，MAX666的腳4和腳5 接地、腳8接入Vcc、腳1和腳2相連輸出Vra，R5tlJPR5Q2串聯(lián)，R5(11和R5。2的另一端分別接 地、MAX666 的腳 2,R5tlJPR5Q2的連結(jié)點(diǎn)接入MAX666 的腳 6;VQUt=VsetX(R5Q1+R5(I2)/R5Q1 = 1.3X(100+153)/100 ?3.3(V)，Vset=I. 3V、R5(i1= 100K、R5(i2= 153K。
[0029] 所述的振動(dòng)環(huán)境能收集模塊以壓電振子和LTC3588_1為核心；壓電振子與 LTC3588_1的腳1、腳2相連；(：6(11和C6tl3相連、連結(jié)端接入TC3588_1的腳4和STM300C的腳 11，(：6(11、(：6(13的另一端分別接入1^3588_1的腳3、地 ；1^3588_1的腳7、腳8相連，(：6(12-端 與LTC3588_1的腳8相連、另一端接地；LTC3588_1的腳9、腳11相連并接地；(：6(14與1^6(11相 連、連結(jié)端接入TC3588_1的腳6輸出Vra，C6tl4的另一端接地、L6tll的另一端接入TC3588_1 腳5 ;LTC3588_1的腳10與STM300C的腳33、STC12LE5A60S2的腳8相連；C6Q3為大容量超 級(jí)電容；
[0030] 振動(dòng)環(huán)境能收集模塊電能就緒時(shí)，LTC3588_1的腳10 "PG00D"信號(hào)是喚醒STM 300C和STC12LE5A60S2的電能就緒中斷信號(hào)0 ;STM300C腳11的AD口采集C6tl3電壓，C6tl3 電壓低于UVLO下降門(mén)限值、STM 300C腳16發(fā)出電能就緒中斷信號(hào)USTC12LE5A60S2轉(zhuǎn)入 休眠狀態(tài)、中止燃?xì)鈹?shù)據(jù)的采集進(jìn)程。
[0031] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是：直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼碾娔苋∽原h(huán)境 能，擺脫了對(duì)電池的依賴(lài)；從用電需求側(cè)剖析燃?xì)獗砟芎奶卣鳎葱柙O(shè)計(jì)的光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán) 境能收集方案可用性好；單環(huán)半圓編碼工藝簡(jiǎn)單、定位精度高，冗余碼和海明距離1的編碼 特征便于自糾錯(cuò)，糾錯(cuò)紅外接收編碼管既解決了器件參數(shù)分散、時(shí)漂技術(shù)難題，又在關(guān)鍵的 臨界位置上使編碼精度成倍提高 ;環(huán)境能收集技術(shù)中的微功耗管理電路提升了環(huán)境能收集 的效率；極化繼電器和中斷喚醒（事件驅(qū)動(dòng)）方式優(yōu)化了收集環(huán)境能的利用；較低無(wú)線通 信頻率的EnOcean標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議具有良好的繞射能力。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1是基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)獗斫Y(jié)構(gòu)圖；
[0033] 圖2 (a)是直讀式紅外編碼器的結(jié)構(gòu)圖；
[0034] 圖2 (b)是直讀式紅外編碼器的信號(hào)生成原理圖；
[0035] 圖2(c)是單環(huán)半圓編碼透空孔字輪的平面圖；
[0036] 圖2(d)是紅外接收編碼組管平面圖；
[0037] 圖3是3*7選1開(kāi)關(guān)模塊框圖；
[0038] 圖4是紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊框圖；
[0039] 圖5是光照環(huán)境能收集和通信模塊的電路圖；
[0040] 圖6是振動(dòng)環(huán)境能收集模塊的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041] 如圖1、圖5、圖6所示，基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)獗?由膜式燃?xì)獗砘?〇〇、3*直讀式紅外編碼器200、3*7選1開(kāi)關(guān)模塊300、紅外編碼采集和 數(shù)據(jù)處理模塊400、光照環(huán)境能收集和通信模塊500、振動(dòng)環(huán)境能收集模塊600、極化繼電器 700、肖特基二極管800 ;
[0042]膜式燃?xì)獗砘?00、3*直讀式紅外編碼器200、3*7選1開(kāi)關(guān)模塊300、紅外編碼 采集和數(shù)據(jù)處理模塊400順次相連，3*直讀式紅外編碼器200和3*7選1開(kāi)關(guān)模塊300并 聯(lián)后與極化繼電器700第一輸出端相連，極化繼電器700輸入端分別與紅外編碼采集和數(shù) 據(jù)處理模塊400供電端、振動(dòng)環(huán)境能收集模塊600供電端、肖特基二極管800陰極相連，肖 特基二極管800陽(yáng)極、光照環(huán)境能收集和通信模塊500、極化繼電器700第二輸出端順次相 連；
[0043] 直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼碾娫茨芰吭醋怨庹照駝?dòng)互補(bǔ)環(huán)境能，燃?xì)獗砟芰苛鞯碾妷簠?數(shù)如下：光照環(huán)境能收集和通信模塊500輸出電能、輸出電壓Vra= 3. 3V，振動(dòng)環(huán)境能收集 模塊600無(wú)/有效時(shí)、輸出電壓Vcc2= 0/3. 3V;VCC1經(jīng)肖特基二極管與VCC2連結(jié)，VCC2= 0時(shí)、 Vcc3=Vcci-Δν= 3. 3V-AV，Vcc2= 3. 3V時(shí)、Vcc3=Vcc2= 3. 3V，其中AV= 0· 2 ?0· 3V 是肖特基二極管的壓降；
[0044] 燃?xì)獗砣細(xì)鈹?shù)據(jù)信息流的流程如下：膜式燃?xì)獗砘?00計(jì)數(shù)器中內(nèi)嵌3*直讀 式紅外編碼器200、直讀式紅外編碼器200輸出燃?xì)獾哪M量編碼值，經(jīng)3*7選1開(kāi)關(guān)模塊 300選通紅外接收編碼管、紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊400進(jìn)行AD和數(shù)據(jù)處理、上傳燃?xì)?的數(shù)字量數(shù)據(jù)至光照環(huán)境能收集和通信模塊500 ;借助無(wú)線手持抄表器與光照環(huán)境能收集 和通信模塊500的無(wú)線通信，實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈹?shù)據(jù)的無(wú)線抄表；
[0045] 燃?xì)獗砘パa(bǔ)環(huán)境能能量流的流程如下：燃?xì)獗頂鄽鈺r(shí)，振動(dòng)環(huán)境能收集模塊600 無(wú)效、極化繼電器斷開(kāi)、3*直讀式紅外編碼器200和3*7選1開(kāi)關(guān)模塊300失電；光照環(huán)境 能收集和通信模塊500收集的光能轉(zhuǎn)化成電能、在超級(jí)電容支持下提供模塊自身所需的電 能、供電電壓Vrc= 3. 0?5. 0V，同時(shí)維系休眠狀態(tài)下紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊400的 供電、供電電壓為Vra=Vra-AV= 3. 3V-AV;燃?xì)獗硗鈺r(shí)，振動(dòng)環(huán)境能收集模塊600 生效、極化繼電器閉合，工作狀態(tài)下紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊400、3*直讀式紅外編碼 器200和3*7選1開(kāi)關(guān)模塊300得電、上述三模塊的供電電壓為Vrc2= 3. 3V;光照環(huán)境能收 集和通信模塊500僅提供模塊自身耗用的電能，模塊自身的供電電壓為V。。、輸出的電壓Vra =3. 3V;Vra=Vrc2= 3. 3V，即光照環(huán)境能收集和通信模塊500不向模塊外輸出電能。圖1 中實(shí)線、虛線分別代表能（電）量流、信息流。
[0046] 如圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)、圖1、圖3所示，膜式燃?xì)獗砘?00計(jì)數(shù)器 包括計(jì)數(shù)器字輪、齒輪軸和傳動(dòng)齒輪，膜式燃?xì)獗硗鈺r(shí)由附設(shè)的機(jī)械機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪、 計(jì)數(shù)器字輪轉(zhuǎn)動(dòng)，完成燃?xì)獾臋C(jī)械計(jì)數(shù)；
[0047] 3*直讀式紅外編碼器200由個(gè)位編碼器、十位編碼器和百位編碼器組成，3個(gè)編碼 器的原理和結(jié)構(gòu)類(lèi)同，供電電壓Vra = 3. 3V;個(gè)位編碼器包括計(jì)數(shù)器字輪上I. 5mm寬的單環(huán) 半圓編碼透空孔201、紅外發(fā)射管202、紅外接收編碼組管203,紅外發(fā)射管202和紅外接收 編碼組管203垂直正對(duì)計(jì)數(shù)器字輪、且與單環(huán)半圓編碼透空孔201處在同一圓弧上；單環(huán)半 圓編碼透空孔隨字輪旋轉(zhuǎn)，抄表時(shí)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光，紅外接收編碼管或因字輪透空 孔接收成功、或因字輪表盤(pán)遮擋接收失敗，通過(guò)紅外接收編碼管的通斷狀態(tài)、獲取字輪相應(yīng) 的轉(zhuǎn)角位置；個(gè)位編碼器的紅外接收編碼組管由7只紅外接收編碼管組成，其中5只紅外接 收編碼管居中相隔36°均勻排列，2只糾錯(cuò)紅外接收編碼管分布在接收編碼管的兩端：第 S、E糾錯(cuò)紅外接收編碼管分別與第1、5紅外接收編碼管相距18° ;個(gè)位編碼器的第S紅外 接收編碼管與個(gè)位編碼器的7選1開(kāi)關(guān)模塊CD4051腳1相連，個(gè)位編碼器的第1紅外接收 編碼管與個(gè)位編碼器的7選1開(kāi)關(guān)模塊CD4051腳2相連，余類(lèi)推；個(gè)位編碼器輸出的燃?xì)?模擬量編碼格式是：海明距離1帶糾錯(cuò)功能的模擬量編碼。
[0048] 令圖2 (c)為字輪的初始狀態(tài)，圖2 (d)的紅外接收編碼組管正對(duì)單環(huán)半圓編碼透 空孔；字輪及編碼透空孔順時(shí)針3600旋轉(zhuǎn)一周，紅外編碼接收組管輸出的模擬量編碼和字 輪對(duì)應(yīng)的數(shù)字如下表（為表述簡(jiǎn)潔，收到紅外線的模擬量用1表示，反之為0,紅外接收編碼 管的編號(hào)秩序：S、1、2、3、4、5、E)。
[0049]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)獗?，其特征在于包括?式燃?xì)獗砘恚?〇〇)、3*直讀式紅外編碼器（200)、3*7選1開(kāi)關(guān)模塊（300)、紅外編碼采集 和數(shù)據(jù)處理模塊（400 )、光照環(huán)境能收集和通信模塊（500 )、振動(dòng)環(huán)境能收集模塊（600 )、極 化繼電器（700)、肖特基二極管（800); 膜式燃?xì)獗砘恚?00)、3*直讀式紅外編碼器（200)、3*7選1開(kāi)關(guān)模塊（300)、紅外編 碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊（400)順次相連，3*直讀式紅外編碼器（200)和3*7選1開(kāi)關(guān)模塊 (300)并聯(lián)后與極化繼電器（700)第一輸出端相連，極化繼電器（700)輸入端分別與紅外 編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊（400)供電端、振動(dòng)環(huán)境能收集模塊（600)供電端、肖特基二極管 (800)陰極相連，肖特基二極管（800)陽(yáng)極、光照環(huán)境能收集和通信模塊（500)、極化繼電器 (700)第二輸出端順次相連； 直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼碾娫茨芰吭醋怨庹照駝?dòng)互補(bǔ)環(huán)境能，燃?xì)獗砟芰苛鞯碾妷簠?shù)如 下：光照環(huán)境能收集和通信模塊（500)輸出電能、輸出電壓Vra=3. 3V，振動(dòng)環(huán)境能收集模塊 (600)無(wú)/有效時(shí)、輸出電壓VCC2=0/3. 3V八0經(jīng)肖特基二極管與V CC2連結(jié)，V CC2=0時(shí)、VCC3 = VCC1 - A v=3. 3V - A V，VCC2=3. 3V 時(shí)、VCC3 = VCC2 =3. 3V，其中 A v=0. 2 ?0? 3V 是肖特基二極 管的壓降； 燃?xì)獗砣細(xì)鈹?shù)據(jù)信息流的流程如下：膜式燃?xì)獗砘恚?00)計(jì)數(shù)器中內(nèi)嵌3*直讀式紅 外編碼器（200)、直讀式紅外編碼器（200)輸出燃?xì)獾哪M量編碼值，經(jīng)3*7選1開(kāi)關(guān)模塊 (300)選通紅外接收編碼管、紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊（400)進(jìn)行AD和數(shù)據(jù)處理、上傳 燃?xì)獾臄?shù)字量數(shù)據(jù)至光照環(huán)境能收集和通信模塊（500);借助無(wú)線手持抄表器與光照環(huán)境 能收集和通信模塊（500)的無(wú)線通信，實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈹?shù)據(jù)的無(wú)線抄表； 燃?xì)獗砘パa(bǔ)環(huán)境能能量流的流程如下：燃?xì)獗頂鄽鈺r(shí)，振動(dòng)環(huán)境能收集模塊（600)無(wú) 效、極化繼電器斷開(kāi)、3*直讀式紅外編碼器（200)和3*7選1開(kāi)關(guān)模塊（300)失電；光照環(huán)境 能收集和通信模塊（500)收集的光能轉(zhuǎn)化成電能、在超級(jí)電容支持下提供模塊自身所需的 電能、供電電壓Vcc=3. 0?5. 0V，同時(shí)維系休眠狀態(tài)下紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊（400) 的供電、供電電壓為= Vra -AV=3.3V-AV;燃?xì)獗硗鈺r(shí)，振動(dòng)環(huán)境能收集模塊 (600)生效、極化繼電器閉合，工作狀態(tài)下紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊（400)、3*直讀式 紅外編碼器（200)和3*7選1開(kāi)關(guān)模塊（300)得電、上述三模塊的供電電壓為Vra=3. 3V ;光 照環(huán)境能收集和通信模塊（500)僅提供模塊自身耗用的電能，模塊自身的供電電壓為V。。、 輸出的電壓Vra=3. 3V ;Vra= Vra=3. 3V，即光照環(huán)境能收集和通信模塊（500)不向模塊外輸 出電能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)?表，其特征在于所述的3*直讀式紅外編碼器（200)由個(gè)位編碼器、十位編碼器和百位編碼 器組成，3個(gè)編碼器的原理和結(jié)構(gòu)類(lèi)同，供電電壓Vrc2 =3.3 V;個(gè)位編碼器包括計(jì)數(shù)器字輪 上1. 5mm寬的單環(huán)半圓編碼透空孔（201)、紅外發(fā)射管（202)、紅外接收編碼組管（203)，紅 外發(fā)射管（202)和紅外接收編碼組管（203)垂直正對(duì)計(jì)數(shù)器字輪、且與單環(huán)半圓編碼透空 孔（201)處在同一圓弧上；單環(huán)半圓編碼透空孔隨字輪旋轉(zhuǎn)，抄表時(shí)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外 光，紅外接收編碼管或因字輪透空孔接收成功、或因字輪表盤(pán)遮擋接收失敗，通過(guò)紅外接收 編碼管的通斷狀態(tài)、獲取字輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置；個(gè)位編碼器的紅外接收編碼組管由7只紅 外接收編碼管組成，其中5只紅外接收編碼管居中相隔36°均勻排列，2只糾錯(cuò)紅外接收編 碼管分布在接收編碼管的兩端：第S、E糾錯(cuò)紅外接收編碼管分別與第1、5紅外接收編碼管 相距18°;個(gè)位編碼器的第S紅外接收編碼管與個(gè)位編碼器的7選1開(kāi)關(guān)模塊⑶4051腳1 相連，個(gè)位編碼器的第1紅外接收編碼管與個(gè)位編碼器的7選1開(kāi)關(guān)模塊⑶4051腳2相連， 余類(lèi)推；個(gè)位編碼器輸出的燃?xì)饽M量編碼格式是：海明距離1帶糾錯(cuò)功能的模擬量編碼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)?表，其特征在于所述的3*7選1開(kāi)關(guān)模塊（300)由個(gè)位7選1開(kāi)關(guān)模塊、十位7選1開(kāi)關(guān)模 塊和百位7選1開(kāi)關(guān)模塊組成，3個(gè)7選1開(kāi)關(guān)模塊的原理和結(jié)構(gòu)類(lèi)同，供電電壓Vee2=3. 3V ; 個(gè)位7選1開(kāi)關(guān)模塊以個(gè)位⑶4051為核心，個(gè)位編碼器第S、l、2、3、4、5、E紅外接收 編碼管的輸出分別與⑶4051腳1、2、4、5、12、13、14相連；紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊 (400) STC12LE5A60S2 腳 18、19、20、44 分別與 CD4051 腳 9、10、11、3 相連；個(gè) / 十 / 百位的 CD4051腳6分別與紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊（400)STC12LE5A60S2腳21、22、23相連； 紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊（400) STC12LE5A60S2腳21、22、23輸出個(gè)/十/百位 CD4051的片選信號(hào)，紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊（400)STC12LE5 A60S2腳9、10、11決定 ⑶4051的7選1輸入信號(hào)通道，選通的紅外接收編碼管信號(hào)送至STC12LE5A60S2腳44進(jìn)行 AD采樣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)?表，其特征在于所述的紅外編碼采集和數(shù)據(jù)處理模塊（400)以STC12LE5A60S2為核心，供電 電壓VCC3;STC12LE5A60S2腳21、22、23分別與個(gè)/十/百位的CD4051腳6相連、給出CD4051 的片選信號(hào)；STC12LE5 A60S2腳18、19、20與個(gè)/十/百位的CD4051腳9、10、11相連、給 出CD4051的7選1輸入通道選擇信號(hào)；STC12LE5A60S2腳44與個(gè)/十/百位的CD4051腳 3相連、對(duì)選通的紅外接收編碼管信號(hào)進(jìn)行AD采樣；STC12LE5A60S2腳42、43分別與光照環(huán) 境能收集和通信模塊（500) STM 300C腳22、21相連，上傳燃?xì)獾臄?shù)字量數(shù)據(jù)； STC12LE5A60S2腳8與振動(dòng)環(huán)境能收集模塊（600) LTC3588_1腳10相連，輸入振動(dòng) 環(huán)境能收集模塊（600)電能就緒的中斷信號(hào)0、極化繼電器閉合、喚醒處在休眠狀態(tài)下的 STC12LE5A60S2、啟動(dòng)燃?xì)鈹?shù)據(jù)的采集進(jìn)程；STM300C腳11檢測(cè)振動(dòng)環(huán)境能收集模塊（600) 電能的就緒狀態(tài)，STC12LE5A60S2腳9與STM 300C腳16相連；STM300C檢測(cè)振動(dòng)環(huán)境能收 集模塊（600)電能未就緒，STM300C向STC12LE5A60S2發(fā)出電能未就緒的中斷信號(hào)1，極化 繼電器斷開(kāi)、STC12LE5A60S2轉(zhuǎn)入休眠、中止燃?xì)鈹?shù)據(jù)的采集進(jìn)程；反之極化繼電器閉合、 繼續(xù)燃?xì)鈹?shù)據(jù)的采集進(jìn)程。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)?表，其特征在于所述的光照環(huán)境能收集和通信模塊（500)以STM 300C和MAX 666為核心， 供電電壓VCC;STM 300C是自獲能專(zhuān)用MCU芯片、實(shí)現(xiàn)光照環(huán)境能收集和通信，MAX666是 DC-DC芯片、輸出穩(wěn)定的3. 3V電源；實(shí)現(xiàn)光照環(huán)境能收集和通信的STM300C硬件平臺(tái)包括 太陽(yáng)能電池板SC175130I，鉭電容C21，超級(jí)電容C22和C23、型號(hào)DCL5R5105-C，自獲能專(zhuān)用MCU 芯片 STM300C，鎖存器 74HC573,型號(hào) BSS84LT1 的場(chǎng)效應(yīng)管 Q21、Q22、Q23、Q24，三極管 Q25、Q26、 Q27、Q28，二極管 d21、d22、d23、d24、d25; 太陽(yáng)能電池 SC175130I " + "極與D21陽(yáng)極、Q21源極相連，太陽(yáng)能電池 SC175130I 極接地，D21陰極與鉭電容C 21 " "極、STM300C腳2和3相連，從C21 " "極引出電源；鉭 電容C21 極接地，R21的兩端分別與Q 21的源極、門(mén)極相連；Q 21門(mén)極與Q 25集電極相連，Q 25 發(fā)射極接地，Q25基極與R 22的一端相連，R 22的另一端與STM300C腳30相連；Q 21漏極與D 23陽(yáng)極、Q23源極相連，D 23陰極與D 22陽(yáng)極相連，D 22陰極與D 21陰極相連，R 25的兩端分別與Q 23的源極、門(mén)極相連；門(mén)極與Qm集電極相連，Qm發(fā)射極接地，Qm基極與的一端相連， 的另一端與鎖存器74HC573腳19相連；Q23漏極與D 25陽(yáng)極相連，D 25陰極與D 24陽(yáng)極相連， D24陰極與D 21陰極相連，R 23的一端與STM300C腳30相連，R 23的另一端與C 24-端、Q 26基極 相連，C24的另一端與Q 26集電極相連；Q 26發(fā)射極接地，Q 26集電極與Q 22門(mén)極相連，R 24的兩端 分別與Q22的門(mén)極、源極相連；Q 22漏極與D 22陽(yáng)極相連，Q 22源極與超級(jí)電容C 22 " + "極相連， C22 極接地，R27的一端與鎖存器74HC573腳19相連，R 27的另一端與C 25的一端、Q 28基 極相連，C25的另一端與Q 28集電極相連；Q 28發(fā)射極接地，Q 28集電極與Q 24門(mén)極相連，R 28的兩 端分別與Q24門(mén)極、源極相連；Q 24漏極與D 24陽(yáng)極相連，Q 24源極與超級(jí)電容C 23 " + "極相連， C23 極接地，鎖存器74HC573腳20與D22陽(yáng)極相連，鎖存器74HC573腳10和1并聯(lián)后接 地，鎖存器74HC573的腳11、2分別與STM300C的腳14、15相連；5了]\000(：的腳9、10、1、4、32 分別與C22 " + "極、C23 " + "極、地、天線Ell、Rn的一端相連，R n的另一端與STM300C腳33 相連；STM300C的腳16與STC12LE5A60S2的腳9相連，STM300C的腳33、11分別與振動(dòng)環(huán) 境能收集模塊（600)LTC3588_1的腳10、4相連，LTC3588_1的腳10電能就緒中斷信號(hào)0用 于喚醒休眠狀態(tài)的STM300C、極化繼電器閉合；STM300C借助腳11的AD 口、采集LTC3588_1 腳4的電壓值：若低于UVL0下降門(mén)限值、STM300C腳16向STC12LE5A60S2發(fā)出電能未就 緒中斷信號(hào)1、極化繼電器斷開(kāi)，中止燃?xì)鈹?shù)據(jù)的采集進(jìn)程、STC12LE5A60S2轉(zhuǎn)入休眠，反之 極化繼電器閉合、繼續(xù)燃?xì)鈹?shù)據(jù)的采集進(jìn)程；STM300C的腳21、22分別與STC12LE5A60S2的 腳43、42相連，建立兩者的通信通道；STM300C的腳12、13分別與極化繼電器控制端1、2相 連，脈沖方式切換極化繼電器的通或斷；STM300C的腳4連接RF天線，接收無(wú)線手持抄表器 EnOcean報(bào)文格式的抄表請(qǐng)求：基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)獗磉M(jìn) 行時(shí)間同步、發(fā)射存儲(chǔ)在STM300C中的燃?xì)鈹?shù)據(jù)； 鉭電容C21、超級(jí)電容C22、C23的電壓分別由STM300C的腳2、9、10采集；STM300C腳30 輸出高/低電平時(shí)，一方面％1和Q %導(dǎo)通/截止、c 22充電回路打開(kāi)/關(guān)閉，另一方面Q 22和 Q26導(dǎo)通/截止、C 22放電回路打開(kāi)/關(guān)閉、同時(shí)R 24和C 24組成的延時(shí)電路使C 22放電回路延 時(shí)關(guān)閉；STM300C的腳15、16分別與鎖存器74HC573的腳2、11相連，鎖存器74HC573腳19 控制C23的充/放電；STM300C腳16高電平、腳15高/低電平時(shí)，鎖存器74HC573的腳19 高/低電平，一方面Q23和Q27導(dǎo)通/截止、C23充電回路打開(kāi)/關(guān)閉，另一方面Q 24和Q28導(dǎo)通 /截止、C23放電回路打開(kāi)/關(guān)閉、同時(shí)R 28和C 25組成的延時(shí)電路使C 23放電回路延時(shí)關(guān)閉； SC175130I獲取的環(huán)境光能轉(zhuǎn)化成電能，"電能"在微功耗管理電路調(diào)度；微功耗管理電路 儲(chǔ)能器由小容量鉭電容C21、大容量超級(jí)電容C22和C 23組成；C 21用于快速充電，C 21電壓達(dá)到 STM300C的工作電壓時(shí)、向STM300C供電，SC175130I產(chǎn)生的電能對(duì)C21充電，若SC175130I 尚有剩余電能、依據(jù)C22和C23的電壓，或轉(zhuǎn)存至C22或C23、或舍棄SC175130I產(chǎn)生的剩余電 能；C22和C23存儲(chǔ)SC175130I收集的剩余電能，SC175130I供電不足或不供電時(shí)，由C 22維系 直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼拈L(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；C23是C 22的熱備份，一旦SC175130I和C 22存儲(chǔ)的電能 無(wú)法保證監(jiān)視探測(cè)器的電能需求時(shí)、或C22失效時(shí)，由C23維系直讀式無(wú)線燃?xì)獗淼拈L(zhǎng)期穩(wěn)定 運(yùn)行； 提供穩(wěn)定3. 3V電源的MAX666硬件平臺(tái)以MAX666為核心，MAX666的腳4和腳5接地、 腳8接入Vcc、腳1和腳2相連輸出Vra，1?5(11和R 5Q2串聯(lián)，R 5(11和R 5Q2的另一端分別接地、 MAX666 的腳 2, 1?5(11和 R 5Q2的連結(jié)點(diǎn)接入 MAX666 的腳 6 ;V QUt=VsetX (R5Q1+R5Q2) / R5Q1=1. 3X (100+153)/100 ?3.3 (V)，Vset=1.3 V、R501=100K、R5(i2=153K。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光照振動(dòng)互補(bǔ)環(huán)境能收集技術(shù)的直讀式無(wú)線燃?xì)?表，其特征在于所述的振動(dòng)環(huán)境能收集模塊（600)以壓電振子和LTC3588_1為核心；壓電振 子與LTC3588_1的腳1、腳2相連；(：6(11和C6Q3相連、連結(jié)端接入TC3588_1的腳4和STM300C 的腳11，C6Q1、C6Q3的另一端分別接入LTC3588_1的腳3、地；LTC3588_1的腳7、腳8相連，C 6Q2一端與LTC3588_1的腳8相連、另一端接地；LTC3588_1的腳9、腳11相連并接地；(：6(14與L 6Q1相連、連結(jié)端接入TC3588_1的腳6輸出VCC2, C6(l4的另一端接地、L6(i1的另一端接入TC3588_1 腳5 ;LTC3588_1的腳10與STM300C的腳33、STC12LE5A60S2的腳8相連；C6Q3為大容量超 級(jí)電容； 振動(dòng)環(huán)境能收集模塊（600)電能就緒時(shí)，LTC3588_1的腳10 "PG00D"信號(hào)是喚醒STM 300C和STC12LE5A60S2的電能就緒中斷信號(hào)0 ;STM300C腳11的AD 口采集C6Q3電壓，C 6。3電壓低于UVL0下降門(mén)限值、STM 300C腳16發(fā)出電能就緒中斷信號(hào)USTC12LE5A60S2轉(zhuǎn)入 休眠狀態(tài)、中止燃?xì)鈹?shù)據(jù)的采集進(jìn)程。
【文檔編號(hào)】G01F15/06GK104482976SQ201410724393
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】祁松明, 童赟, 黃懿明, 吳明光 申請(qǐng)人:浙江大學(xué), 祁松明