[发明专利]兼具高信噪比和高稳定性的M-BUS的4G水表采集器

权利要求书

1.兼具高信噪比和高稳定性的M-BUS的4G水表采集器，其特征在于，包括电源模块、控制单元、4G通讯模块、蓝牙通讯模块、SIM卡电路、水表通讯接口、天线、防雷电路和M-BUS接收电路；

所述电源模块分别与控制单元和4G通讯模块电连接，所述控制单元分别与SIM卡电路、蓝牙通讯模块和M-BUS接收电路电连接，所述4G通讯模块与天线电连接，所述M-BUS接收电路与水表通讯接口电连接，所述水表通讯接口与防雷电路电连接；

所述M-BUS接收电路设置在控制单元和M-BUS过流保护电路之间且用于连接控制单元和M-BUS过流保护电路，所述M-BUS接收电路包括电容C3、电容C2、稳压芯片U1、二极管D1、电阻R16、电阻R10、电阻R8、电阻R17、电容C9、电阻R9、电阻R21、电阻R22、三极管Q4、施密特触发器U5C、电阻R124、电阻R105、三极管Q2、电阻R12、电阻R103、电阻R33、施密特触发器U5B、电压比较器U3B、电阻R32、电阻R34、电容C75、电阻R15、二极管D2、电阻R117、电容C7、电容C5、电容C8、电容C10、电压比较器U3A、电阻R29、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11、电容C15、电容C16、电容C17、电容C81、电容C6、电阻R18、电阻R20、电阻R205、电阻R203、电阻R204、电阻R201、电阻R202、电阻R7、电容C202、电容C200、电容C201、电容C203、电容C4、运算放大器U15A、稳压二极管ZW10、稳压二极管ZW11和运算放大器U15B；

所述电容C3和电容C2并联连接，所述电容C3和电容C2并联后的一端接地，所述电容C3和电容C2并联后的另一端与稳压芯片U1的第三引脚均与32V电源电连接；所述二极管D1的负极与稳压芯片U1的第三引脚电连接，所述二极管D1的正极与稳压芯片U1的第二引脚电连接；所述稳压芯片U1的第二引脚分别电阻R10的一端和电阻R8的一端电连接，所述电阻R10的另一端分别与稳压芯片U1的第一引脚、电阻R16的一端、电容C9的一端和电阻R17的一端电连接，所述电阻R16的另一端与三极管Q4的集电极电连接，所述三极管Q4的基极与电阻R22的一端电连接，所述电阻R22的另一端分别与电阻R9的一端、施密特触发器U5C的输出端和电阻R21的一端电连接，所述电阻R9的另一端接3.3V电源，所述施密特触发器U5C的两个输入端相互连接且与控制单元电连接，所述电阻R21的另一端与三极管Q4的发射极电连接且均接地；所述电容C9的另一端、电阻R17的另一端和电阻R8的另一端相互连接且均接地；

所述电阻R124的一端与控制单元电连接，所述电阻R124的另一端分别与电阻R105的一端和三极管Q2的基极电连接，所述电阻R105的另一端与三极管Q2的发射极相互连接且均接地；所述三极管Q2的集电极与电阻R12的一端电连接，所述电阻R12的另一端分别与施密特触发器U5B的一输入端和电阻R103的一端电连接，所述电阻R103的另一端与电阻R33的一端相互连接且均接3.3V电源；所述电阻R33的另一端分别与施密特触发器U5B的另一输入端和电压比较器U3B的输出端电连接，所述施密特触发器U5B的输出端与控制单元电连接；所述电压比较器U3B的正向输入端分别与电阻R32的一端、电阻R34的一端和电容C75的一端电连接，所述电阻R32的一端接3.3V电源，所述电阻R34的另一端和电容C75的另一端相互连接且均接地；所述电压比较器U3B的反向输入端通过电阻R15接3.3V电源；

所述电压比较器U3B的反向输入端分别与电容C8的一端、电容C10的一端和电压比较器U3A的输出端电连接，所述电容C10的另一端接地，所述电容C8的另一端分别与电压比较器U3A的正向输入端、二极管D8的正极、二极管D10的负极和电阻R18的一端电连接；所述电压比较器U3A的反向输入端分别与电阻R29的一端、二极管D8的负极、二极管D9的正极、电容C15的一端、电容C16的一端、电容C17的一端、电容C81的一端和电阻R20的一端电连接，所述电阻R29的另一端、电容C15的另一端、电容C16的另一端、电容C17的另一端和电容C81的另一端相互连接且均接地；所述二极管D9的负极与二极管D10的正极电连接，所述电阻R20的另一端分别与二极管D11的负极和电容C6的一端电连接，所述电容C6的另一端接地，所述二极管D11的正极和电阻R18的另一端均与运算放大器U15B的输出端电连接；

所述运算放大器U15B的反向输入端与运算放大器U15B的输出端电连接，所述运算放大器U15B的正向输入端分别与运算放大器U15A的输出端、电容C202的一端和电阻R205的一端电连接；所述电容C202的另一端、电阻R205的另一端、电容C200的一端和电阻R203的一端均与运算放大器U15A的反向输入端电连接，所述电容C200的另一端接地，所述电阻R203的另一端分别与电阻R201的一端和稳压二极管ZW10的正极电连接，所述电阻R201的另一端接地，所述稳压二极管ZW10的负极分别与稳压芯片U1的第二引脚和电阻R7的一端电连接，所述电阻R7的另一端分别与稳压二极管ZW11的负极、电容C4的一端和M-BUS过流保护电路电连接；所述稳压二极管ZW11的正极分别与电阻R202的一端和电阻R204的一端电连接，所述电阻R202的另一端接地，所述电阻R204的另一端分别与电容C201的一端和运算放大器U15A的正向输入端电连接，所述电容C201的另一端接地，所述运算放大器U15A的电源端通过电容C203后接地；

所述二极管D2的正极接32V电源，所述二极管D2的负极分别与电阻R117的一端和电容C7的一端电连接，所述电阻R117的另一端与电容C5的一端电连接，所述电容C7的另一端和电容C5的另一端相互连接且均接地；

所述控制单元包括型号为STM32L15xRC的控制芯片U7，所述施密特触发器U5C的两个输入端均与控制芯片U7的第二十九引脚电连接，所述电阻R124的一端与控制芯片U7的第五十九引脚电连接，所述施密特触发器U5B的输出端与控制芯片U7的第三十引脚电连接；

所述电源模块包括电感J0、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、二极管D15、电阻RP1、稳压管ZD1、插接口J2、MOS管Q5、电阻R35、电阻R37、电阻R40、电阻R42、电容C19、稳压芯片U9、电容C34、电容C35、瓷片电容E4、瓷片电容E5、电容C36和电容C37；

所述电感J0的一端与电池+BAT电连接，所述电感J0的另一端与二极管D15的负极电连接，所述二极管D15的正极分别与电感L1的一端、电感L2的一端和电阻R42的一端电连接，所述电感L1的另一端分别与电感L2的另一端、电阻RP1的一端和稳压管ZD1的一端电连接，所述电阻RP1的另一端与插接口J2的第一引脚电连接，所述稳压管ZD1的另一端分别与插接口J2的第二引脚、插接口J2的第三引脚、电感L3的一端和电感L4的一端电连接；所述电感L3的另一端和电感L4的另一端相互连接且均接地；所述电阻R42的另一端分别与MOS管Q5的栅极、电阻R40的一端和电容C19的一端电连接；所述电阻R40的另一端、电容C19的另一端和电阻R37的一端相互连接且均接地；所述电阻R37的另一端分别与电阻R35的一端和控制芯片U7的第三十八引脚电连接，所述电阻R35的另一端与MOS管Q5的源极电连接，所述MOS管Q5的漏极接3.3V电源；

所述稳压芯片U9的第二引脚、电容C34的一端、电容C35的一端和瓷片电容E4的一端相互连接且均与电池+BAT电连接，所述稳压芯片U9的第三引脚、瓷片电容E5的一端、电容C36的一端和电容C37的一端相互连接且均接3.3V电源，所述电容C34的另一端、电容C35的另一端、瓷片电容E4的另一端、稳压芯片U9的第一引脚、瓷片电容E5的另一端、电容C36的另一端和电容C37的另一端相互连接且均接地；

所述4G通讯模块包括集成芯片GSM1、电容C46、电容C47、电容C48、电容C49、瓷片电容E8、瓷片电容E9、稳压二极管Z6、电阻R100、三极管Q19、二极管D22、二极管D23、电阻R106、电阻R114、电阻R88、电容C54和电容C55；

所述集成芯片GSM1的型号为M26FA-03-STD，所述电容C46的一端、电容C47的一端、电容C48的一端、电容C49的一端、瓷片电容E8的一端、瓷片电容E9的一端和稳压二极管Z6的负极相互连接且均与集成芯片GSM1的第四十二引脚以及第四十三引脚电连接；所述电容C46的另一端、电容C47的另一端、电容C48的另一端、电容C49的另一端、瓷片电容E8的另一端、瓷片电容E9的另一端和稳压二极管Z6的正极相互连接且均接地；

所述三极管Q19的基极通过电阻R100与控制芯片U7的第十五引脚电连接，所述三极管Q19的集电极与集成芯片GSM1的第七引脚电连接，所述三极管Q19的发射极接地；

所述集成芯片GSM1的第十一引脚、第十二引脚、第十三引脚和第十四引脚分别与SIM卡电路电连接；

所述集成芯片GSM1的第十七引脚分别与二极管D23的正极和电阻R114的一端电连接，所述二极管D23的负极与控制芯片U7的第十六引脚电连接，所述电阻R114的另一端与集成芯片GSM1的第二十四引脚电连接；所述集成芯片GSM1的第十八引脚与二极管D22的正极电连接，所述二极管D22的负极分别与电阻R106的一端和控制芯片U7的第十七引脚电连接，所述电阻R106的另一端接地；所述集成芯片GSM1的第三十五引脚分别与电阻R88的一端和电容C54的一端电连接，所述电容C54的另一端接地，所述电阻R88的另一端分别与电容C55的一端和IPEX天线接口电连接，所述IPEX天线接口与天线电连接，所述电容C55的另一端接地；

所述SIM卡电路包括集成芯片U13、电阻R115、电阻R116、集成芯片U12、电容C68、电容C69、电容C70和电容C71；

所述集成芯片U13为M2M-SMD，所述集成芯片U12为SIM-CARD；

所述集成芯片U13的第一引脚和第九引脚接地，所述集成芯片U13的第二引脚通过电阻R115与集成芯片GSM1的第十一引脚电连接，所述集成芯片U13的第三引脚通过电阻R116与集成芯片GSM1的第十一引脚电连接，所述集成芯片U13的第六引脚与集成芯片GSM1的第十三引脚电连接，所述集成芯片U13的第七引脚与集成芯片GSM1的第十二引脚电连接，所述集成芯片U13的第八引脚与集成芯片GSM1的第十四引脚电连接；

所述集成芯片U12的第一引脚分别与集成芯片GSM1的第十四引脚和电容C68的一端电连接，所述集成芯片U12的第二引脚分别与集成芯片GSM1的第十二引脚和电容C69的一端电连接，所述集成芯片U12的第三引脚分别与集成芯片GSM1的第十三引脚和电容C70的一端电连接，所述集成芯片U12的第七引脚分别与集成芯片GSM1的第十一引脚和电容C71的一端电连接，所述集成芯片U12的第五引脚、电容C68的另一端、电容C69的另一端、电容C70的另一端和电容C71的另一端相互连接且均接地；

所述蓝牙通讯模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R5、电容C1、MOS管Q1、集成芯片U4、电容C11、电容C12、电阻R13、二极管D6和二极管D7；

所述电阻R1的一端与MOS管Q1的源极电连接且均接3.3V电源；所述电阻R1的另一端分别与MOS管Q1的栅极和电阻R5的一端电连接，所述电阻R5的另一端与控制芯片U7的第三十三引脚电连接；所述MOS管Q1的漏极分别与电容C1的一端和电阻R2的一端电连接，所述电容C1的另一端和电阻R2的另一端均接地；所述MOS管Q1的漏极与电阻R13的一端电连接；

所述电阻R13的另一端分别与集成芯片U4的第十七引脚和二极管D6的正极电连接，所述二极管D6的负极与控制芯片U7的第四十二引脚电连接；所述二极管D7的负极与集成芯片U4的第十六引脚电连接；所述二极管D7的正极与控制芯片U7的第四十三引脚电连接；所述集成芯片U4的第一引脚、第六引脚和第十四引脚均接地；所述集成芯片U4的第二引脚分别与电容C11的一端和电容C12的一端电连接，所述电容C11的另一端和电容C12的另一端均接地；

所述水表通讯接口包括电阻R57、MOS管Q9、电阻R62、电阻R58、电容C27、接口J10和接口J11；

所述电阻R57的一端与MOS管Q9的源极电连接且均接3.3V电源；所述电阻R57的另一端分别与MOS管Q9的栅极和电阻R62的一端电连接，所述电阻R62的另一端与控制芯片U7的第三十九引脚电连接，所述MOS管Q9的漏极分别与电容C27的一端和电阻R58的一端电连接，所述电容C27的另一端接地，所述电阻R58的另一端接地；

所述接口J10的第一引脚、接口J11的第一引脚和MOS管Q9的漏极相互连接；所述接口J10的第二引脚、接口J11的第二引脚和控制芯片U7的第二十九引脚电连接；所述接口J10的第三引脚、接口J11的第三引脚和控制芯片U7的第三十引脚电连接；所述接口J10的第四引脚接地，所述接口J11的第四引脚接地，所述接口J11的第五引脚接电池+BAT；

所述防雷电路包括第一分支电路、第二分支电路、第三分支电路、第四分支电路和第五分支电路；

所述第一分支电路包括电阻R48、电阻R54、MOS管Q8、二极管D16、继电器RL1、二极管Z2、接口J5和继电器RL5；所述电阻R48的一端与控制芯片U7的第五十四引脚电连接，所述电阻R48的另一端分别与MOS管Q8的栅极和电阻R54的一端电连接，所述MOS管Q8的源极和电阻R54的另一端均接地；所述MOS管Q8的漏极分别与二极管D16的正极、继电器RL1的第八引脚和继电器RL5的第八引脚电连接，所述二极管D16的负极分别与继电器RL1的第一引脚和继电器RL5的第一引脚电连接，所述继电器RL1的第三引脚与继电器RL5的第六引脚电连接，所述继电器RL1的第六引脚与继电器RL5的第三引脚电连接，所述继电器RL1的第四引脚分别与二极管Z2的一端、接口J5的第一引脚和继电器RL5的第五引脚电连接，所述继电器RL1的第五引脚分别与二极管Z2的另一端、接口J5的第二引脚和继电器RL5的第四引脚电连接；

所述第二分支电路包括电阻R56、电阻R60、MOS管Q10、二极管D17、继电器RL2、二极管Z3、接口J9和继电器RL6；所述电阻R56的一端与控制芯片U7的第五十五引脚电连接，所述电阻R56的另一端分别与MOS管Q10的栅极和电阻R60的一端电连接，所述MOS管Q10的源极和电阻R60的另一端均接地；所述MOS管Q10的漏极分别与二极管D17的正极、继电器RL2的第八引脚和继电器RL6的第八引脚电连接，所述二极管D17的负极分别与继电器RL2的第一引脚和继电器RL6的第一引脚电连接，所述继电器RL2的第三引脚与继电器RL6的第六引脚电连接，所述继电器RL2的第六引脚与继电器RL6的第三引脚电连接，所述继电器RL2的第四引脚分别与二极管Z3的一端、接口J9的第一引脚和继电器RL6的第五引脚电连接，所述继电器RL2的第五引脚分别与二极管Z3的另一端、接口J9的第二引脚和继电器RL6的第四引脚电连接；

所述第三分支电路包括电阻R64、电阻R65、MOS管Q11、二极管D18、继电器RL3、二极管Z4、接口J12和继电器RL7；所述电阻R64的一端与控制芯片U7的第五十六引脚电连接，所述电阻R64的另一端分别与MOS管Q11的栅极和电阻R65的一端电连接，所述MOS管Q11的源极和电阻R65的另一端均接地；所述MOS管Q11的漏极分别与二极管D18的正极、继电器RL3的第八引脚和继电器RL7的第八引脚电连接，所述二极管D18的负极分别与继电器RL3的第一引脚和继电器RL7的第一引脚电连接，所述继电器RL3的第三引脚与继电器RL7的第六引脚电连接，所述继电器RL3的第六引脚与继电器RL7的第三引脚电连接，所述继电器RL3的第四引脚分别与二极管Z4的一端、接口J12的第一引脚和继电器RL7的第五引脚电连接，所述继电器RL3的第五引脚分别与二极管Z4的另一端、接口J12的第二引脚和继电器RL7的第四引脚电连接；

所述第四分支电路包括电阻R80、电阻R82、MOS管Q16、二极管D19、继电器RL4、二极管Z5、接口J14和继电器RL8；所述电阻R80的一端与控制芯片U7的第五十七引脚电连接，所述电阻R80的另一端分别与MOS管Q16的栅极和电阻R82的一端电连接，所述MOS管Q16的源极和电阻R82的另一端均接地；所述MOS管Q16的漏极分别与二极管D19的正极、继电器RL4的第八引脚和继电器RL8的第八引脚电连接，所述二极管D19的负极分别与继电器RL4的第一引脚和继电器RL8的第一引脚电连接，所述继电器RL4的第三引脚与继电器RL8的第六引脚电连接，所述继电器RL4的第六引脚与继电器RL8的第三引脚电连接，所述继电器RL4的第四引脚分别与二极管Z5的一端、接口J14的第一引脚和继电器RL8的第五引脚电连接，所述继电器RL4的第五引脚分别与二极管Z5的另一端、接口J14的第二引脚和继电器RL8的第四引脚电连接；

所述第五分支电路包括电阻R131、电阻R132、电阻R129、电阻R130、MOS管Q24和MOS管Q23；所述电阻R131的一端与控制芯片U7的第五十八引脚电连接，所述电阻R131的另一端分别与MOS管Q24的栅极和电阻R132的一端电连接，所述MOS管Q24的源极和电阻R132的另一端均接地；所述MOS管Q24的漏极与电阻R130的一端电连接，所述电阻R130的另一端分别与电阻R129的一端和MOS管Q23的栅极电连接，所述电阻R129的另一端与MOS管Q23的源极电连接，所述MOS管Q23的漏极接3.3V电源。