[0001] 本发明属于水表领域，具体涉及一种水表红外通信电路结构与水表低功耗红外通信方法。

[0002] 红外通信技术是一种利用红外线来传输数据且应用较为广泛的近距离通信技术，由于其成本低廉，通信可靠，被广泛应用于NB或LoRa智能水表中作为参数配置的人机接口，近距离传输少量数据。但是，随着通信技术的发展，水表智能化程度的提高，对红外通信技术的速度和可靠性提出了更高的要求，比如通过红外通信接口对水表内嵌的程序进行升级时，由于程序的数据量大，而通信往往只能采用标准的9600b/s的低波特率，故耗时较长，效率较低；又由于是传输内容是水表程序，不允许出现误码，故对通信的可靠性要求很高。面对这些新要求，势必要对现有的红外通信硬件构成以及通信实现方法改进优化，以实现更低成本、更高速率、更高可靠性、更低功耗的红外通信技术。

[0003] 基于此，申请人考虑设计一种能够降低硬件成本、提高通信速率、提高通信可靠性、降低功耗的水表红外通信电路结构与水表低功耗红外通信方法。

[0038] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

[0039] 如图2所示：

[0040] 水表红外通信电路结构，包括红外收发二极管(D1)、均为PNP型的第一三极管(Q5)和第二三极管(Q6)；

[0041] 所述第一三极管(Q5)的发射极e与输入电压(VCC)电性连接，所述第一三极管(Q5)的集电极c与第一电阻(R14)串联后接地,所述第一三极管(Q5)的基极b与第二电阻(R15)、电容(C14)和第三电阻(R11)依次串联接后与水表的主电路板中的MCU上的红外信号发射用输出引脚(IR_TXD)电性连接；

[0042] 所述第二三极管(Q6)的发射极e与输入电压(VCC)电性连接，所述第二三极管(Q6)的集电极c分别与所述第一三极管(Q5)的基极b和第四电阻(R13)串联后接地,所述第二三极管(Q6)的基极b与第五电阻(R16)串联接后接入所述第二电阻(R15)与电容(C14)之间的电路；

[0043] 所述红外收发二极管(D1)与稳压电阻(R12)并联且该并联电路的输入端与输入电压(VCC)电性连接，该并联电路的输出端接入所述电容(C14)和第三电阻(R11)之间的电路；

[0044] 所述MCU内部自带有比较器；

[0045] 所述第一三极管(Q5)的集电极c与所述比较器的正向输入引脚电性连接，所述比较器的反向输入引脚与预设电压电性连接，所述比较器的输出引脚与MCU上的红外信号接收用输入引脚(IR_RXD)电性连接。

[0046] 其中，所述MCU为型号EFM32TG系列芯片。

[0047] EFM32TG系列芯片为基于ARM架构的低功耗微控制器，特性与接口丰富；目前在计量、物联网终端与智能终端上应用广泛。

[0048] 实施时，可具体采用型号为EFM32TG222的芯片，自带有两个比较器和一个数模转换器(DAC)。

[0049] 其中，与所述比较器的反向输入引脚的所述预设电压为MCU内部自带的数模转换器的模拟输出电压(VDAC)。

[0050] 这样一来，则易于通过MCU程序来便捷的调节数模转换器的输入，从而对应的调节数模转换器的模拟输出电压(VDAC)，以此更好对通信信号中的噪音进行抑制。

[0051] 上述水表红外通信电路结构具有的优点是：

[0052] 1、节省硬件成本，提高了通信电路的可靠性

[0053] 同现有的电路相比较，本技术方案中的电路结构能够减省原先用于对通信信号进行放大整形用的2个三级管(NPN)、3个电阻和1个电容组成的放大整形电路，从而帮助节约硬件成本。

[0054] 与此同时，直接将第一三极管(Q5)的集电极c与MCU自带的比较器电性连接来处理通信信号，充分利用了MCU的闲置资源，减少了外部放大、整形等电路，简化了电路结构，从而可进一步提升通信电路整体的可靠性。

[0055] 2、能够提高红外通信速率和可靠性(如图3‑1至4‑3)

[0056] 相较于原先所采用的放大整形电路，本技术方案采用MCU自带的比较器来处理信号，能够获得理想的放大整形信号输出；基于比较器具有的高速响应能力，可以提高通信速率(由原先通信速率不高于9600b/s，提升最高至115200b/s也能够正常通信)；采用MCU自带的DAC模块，可以方便地通过程序调整比较器反向输入端的比较参考电压VDAC，还可以通过程序调整比较器的滞回电压，这样就能提高系统抗干扰能力，从而提高红外通信的可靠性。

[0057] 如图5所示，示出了水表的循环工作模式：

[0058] 从醒来到休眠之间存在“检测红外通信信号”和“处理其他事务”的两个环节，其中，两个环节用时越短则越省电(功耗与运行时间成正比)。

[0059] 水表低功耗红外通信方法，包括在唤醒后执行的检测红外通信信号的步骤，用以判断是否存在红外通信信号：如存在，则进入通信工作模式，如不存在，则休眠；

[0060] 所述检测红外通信信号的步骤采用N个0x00作为检测红外通信信号的前导码，N为不小于2000(波特率为9600b/s时)或不小于18000(波特率为115200b/s时)的整数。

[0061] 本技术方案中水表低功耗红外通信方法的原理与优点是：

[0062] 设定低于10bit的采用N个0x00作为检测红外通信信号的前导码，这样即可使得缩短唤醒后执行的检测红外通信信号过程的时间，因为功耗与时间成正比，故能够通过缩短时间来降低功耗。

[0063] 其中，N为不小于2000(波特率为9600b/s时)或不小于18000(波特率为115200b/s时)的整数。

[0064] 本技术方案在波特率为9600b/s时优选采用2000个0x00作为前导码，在波特率为115200b/s时优选采用18000个0x00作为前导码。在波特率为9600b/s，调制红外脉冲宽度为
1/16时，则2000个0x00前导码的有效检测时间仅为约336uS(3bit的接收时间约为312uS，此时接近于3bit的接收用时)，较现有技术红外通信信号检测方法所需的最短时间(1040uS)有大幅度缩减，功耗降低约为70％，降耗效果显著。

[0065] 如图7所示：水表低功耗红外通信方法，还包括在所述“检测红外通信信号的步骤”与“进入通信工作模式”之间执行的切换串口接收红外信号波特率的步骤，该步骤包括：

[0066] 设置用于累加低电平出现次数的低电平计数器，和，

[0067] 设置用于累加循环次数的循环次数计数器；

[0068] 检测前对低电平计数器与循环次数计数器清零，启动循环检测；该循环检测为：2uS循环M次检测红外通信信号，M为大于等于336uS/2uS的正整数；执行循环检测过程中，读取串口电平值：如为串口为低电平，则低电平计数器+1；一次检测完成后循环次数计数器+
1；

[0069] 且当循环次数计数器小于M，则继续读取串口电平值；当循环次数计数器大于等于M，且判断低电平计数器是否大于3：如低电平计数器小于等于3，则检测结束，进入睡眠模式；如低电平计数器大于3，则继续判断低电平计数器是否大于10：如电平计数器大于10，则设置串口波特率为115200b/s并启动串口接收进入通信工作模式；如电平计数器小于等于10，则设置串口波特率为9600b/s并启动串口接收进入通信工作模式。

[0070] 采用以上“切换串口接收红外信号速率的步骤”所具有的优点是：

[0071] 1、能够自适应两种通信速率；

[0072] 基于检测接收的红外信号的波特率来选择匹配的适合的接收串口波特率，从而保证顺利通信。

[0073] 2、能够避免干扰信号(如太阳光或手电筒照射导致)的干扰，更好保证在没检测到有效的红外通信信号时，及时进入休眠模式，节省功耗。

[0074] 以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。