CN102663857B - 非接触ic卡式机械膜式燃气表及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触IC卡式机械膜式燃气表及其控制系统，该燃气表包括基表和控制系统，基表包括电机阀、脉冲转换装置，该控制系统包括单片机、采集该脉冲转换装置输出的脉冲信号的脉冲采样电路、与非接触IC卡进行无线通讯的RF接口电路、控制该电机阀开启与关闭的阀门控制电路，其中：该电机阀的控制端经由该阀门控制电路与该单片机上相应的IO端连接，该脉冲转换装置的输出端经由该脉冲采样电路与该单片机上相应的IO端连接，该RF接口电路的IO端与该单片机上相应的IO端连接。本发明燃气表采用非接触IC卡作为数据传输介质，使用寿命长，计量准确，安全可靠，使用简便，其控制系统可在各种类型的机械膜式燃气表中使用。

Description

非接触IC卡式机械膜式燃气表及其控制系统

技术领域

本发明涉及一种非接触IC卡式机械膜式燃气表及其控制系统，属于燃气表技术领域。

背景技术

天然气是不可再生资源，如何可靠有效利用天然气资源是管理部门面临的一个难题。目前我国燃气表市场上很多都已采用预付费IC卡式燃气表，它解决了长期以来困扰用户和燃气公司的入户抄表带来的弊端，被认为是代替人工抄表收费、有效利用燃气资源的较好方案。但在实际应用中，IC卡式燃气表也存在着如下一些问题：

(1)目前的IC卡式燃气表多采用接触式IC卡，这样，燃气表上就必须设有插接IC卡的卡槽，但是，该卡槽不可能做到完全密封，因此，该卡槽极易受到油污污染或人为破坏，另外，接触式IC卡的触点是暴露在外面的，这便存在易污染、易磨损的缺点，且接触式IC卡有正反面之分，在使用上会给用户带来极大不便，也容易导致卡无法识别的情况，并且，目前的接触式IC卡中的数据并没有加密，因此，数据的安全无法得到保障。

(2)目前的IC卡式燃气表是对用气量进行计量和显示的，即用户购买的是气量而不是金额，这样，当燃气价格调整时，燃气表仍旧使用的是原来的价格，这会给燃气公司或用户带来损失。

(3)目前的IC卡燃气表对数据的传输是仅靠IC卡卡片来完成的，这种数据传输方式实时性较差，管理部门不能实时获取用户数据，不能对数据进行实时管理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触IC卡式机械膜式燃气表及其控制系统，该燃气表以非接触IC卡为传输介质，使用方便、安全、无污染。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种非接触IC卡式机械膜式燃气表，它包括基表和控制系统，该基表包括电机阀、将燃气气流信号转换为脉冲信号的脉冲转换装置，其特征在于：该控制系统包括单片机、采集该脉冲转换装置输出的脉冲信号的脉冲采样电路、与非接触IC卡进行无线通讯的RF接口电路、控制该电机阀开启与关闭的阀门控制电路、检测该电机阀开启与关闭是否到位的开闭到位检测电路，其中：该电机阀的控制端经由该阀门控制电路与该单片机上相应的IO端连接，该电机阀的检测端经由该开闭到位检测电路与该单片机上相应的IO端连接，该脉冲转换装置的输出端经由该脉冲采样电路与该单片机上相应的IO端连接，该RF接口电路的IO端与该单片机上相应的IO端连接；当该阀门控制电路驱动该电机阀开启或关闭时，该单片机通过其内部时钟功能以及内部编译程序，存储驱动该电机阀开启或关闭的启始时间，根据设定驱动周期计算该电机阀到位时间，若在计算出的该电机阀到位时间到达时，该单片机仍未经由该开闭到位检测电路采集到该电机阀到位信号，则命令该阀门控制电路重新对该电机阀进行开启或关闭控制。

一种用于所述的非接触IC卡式机械膜式燃气表的控制系统，该非接触IC卡式机械膜式燃气表包括基表，该基表包括电机阀、将燃气气流信号转换为脉冲信号的脉冲转换装置，其特征在于：该控制系统包括单片机、采集该脉冲转换装置输出的脉冲信号的脉冲采样电路、与非接触IC卡进行无线通讯的RF接口电路、控制该电机阀开启与关闭的阀门控制电路、检测该电机阀开启与关闭是否到位的开闭到位检测电路，其中：该电机阀的控制端经由该阀门控制电路与该单片机上相应的IO端连接，该电机阀的检测端经由该开闭到位检测电路与该单片机上相应的IO端连接，该脉冲转换装置的输出端经由该脉冲采样电路与该单片机上相应的IO端连接，该RF接口电路的IO端与该单片机上相应的IO端连接；当该阀门控制电路驱动该电机阀开启或关闭时，该单片机通过其内部时钟功能以及内部编译程序，存储驱动该电机阀开启或关闭的启始时间，根据设定驱动周期计算该电机阀到位时间，若在计算出的该电机阀到位时间到达时，该单片机仍未经由该开闭到位检测电路采集到该电机阀到位信号，则命令该阀门控制电路重新对该电机阀进行开启或关闭控制。

所述控制系统包括实现数据远程通信的RS485通信电路，该RS485通信电路的通信接口与所述单片机上相应的IO端连接。

所述控制系统包括检测电池电压信号的电池电压检测电路，该电池电压检测电路的检测端与电源供电电路的检测端连接，该电池电压检测电路的输出端与所述单片机上相应的IO端连接。

所述控制系统包括报警电路、LCD显示电路，该报警电路、LCD显示电路的IO端分别与所述单片机上相应的IO端连接。

本发明具有如下优点：

本发明燃气表采用非接触IC卡作为数据传输介质，使用寿命长，计量准确，安全可靠，使用简便，其控制系统可在各种类型的机械膜式燃气表中使用。

附图说明

图1是本发明非接触IC卡式机械膜式燃气表的组成示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种非接触IC卡式机械膜式燃气表及其控制系统。下面对非接触IC卡式机械膜式燃气表的具体构成进行详述，而非接触IC卡式机械膜式燃气表的控制系统的具体构成已在下面对非接触IC卡式机械膜式燃气表的叙述中描述，故下面不在单独对该控制系统进行叙述。

如图1所示，本发明非接触IC卡式机械膜式燃气表包括基表100和控制系统200。该基表100包括电机阀101、将燃气气流信号转换为脉冲信号的脉冲转换装置102，该脉冲转换装置102可采用干簧管或霍尔元件。在实际中，根据燃气表的类型，基表100还会包括其他一些器件，但这些均属于公知技术，在这里不再加以描述。

如图1，该控制系统200包括单片机201、采集该脉冲转换装置102输出的脉冲信号的脉冲采样电路204、与非接触IC卡300进行无线通讯的RF接口电路205、控制该电机阀101开启与关闭的阀门控制电路202。该电机阀101的控制端经由该阀门控制电路202与该单片机201上相应的IO端连接，该脉冲转换装置102的输出端经由该脉冲采样电路204与该单片机201上相应的IO端连接，该RF接口电路205的IO端与该单片机201上相应的IO端连接。

如图1，该单片机201应包括FLASH、RAM、GPIO、ADC模块，最好支持多种低功耗模式，以延长电池的使用寿命，例如可选用低功耗的NEC单片机。

脉冲采样电路204应适用于机械膜式燃气表中所使用到的各种类型的脉冲转换装置，不管脉冲转换装置采用的是何种原理，只要其输出的是将燃气气流信号转换成的脉冲信号，本发明中的脉冲采样电路204便可通过采集该脉冲信号，并将该脉冲信号传送给单片机201，来实现对燃气使用气量的计量。

阀门控制电路202实现对电机阀101开启和关闭的控制，另外，为了防止电机阀101因故障无法正常关闭或开启，如图1，该控制系统200还设置了检测电机阀101开启与关闭是否到位的开闭到位检测电路203，电机阀101的检测端经由该开闭到位检测电路203与单片机201上相应的IO端连接，一旦检测到电机阀101没有开启到位或关闭到位，该开闭到位检测电路203则会向单片机201反馈相应信号，命令阀门控制电路202重新对电机阀101进行开启或关闭控制，若开闭到位检测电路203再次检测电机阀101没有开启到位或关闭到位，则可通知单片机201发出报警信号。更具体地说，当阀门控制电路202驱动电机阀101开启或关闭时，单片机201通过其内部时钟功能以及内部编译程序，存储驱动电机阀101开启或关闭的启始时间，根据设定驱动周期（该设定驱动周期是指电机阀101从被驱动时到执行到位时所用的时间）计算电机阀101到位时间，若在计算出的电机阀101到位时间到达时，单片机201仍未经由开闭到位检测电路203采集到电机阀101到位信号，则命令阀门控制电路202重新对电机阀101进行开启或关闭控制，若开闭到位检测电路203再次检测电机阀101没有开启到位或关闭到位，则可通知单片机201发出报警信号。

RF接口电路205用于识别非接触IC卡300，在实际应用中，燃气表的表壳外可标有一个划卡区域，以提醒用户在此区域划卡。考虑到数据安全性，非接触IC卡300中的数据可进行DES加密，存储其中的数据以密文形式存储，防止了数据的篡改。

为了使管理部门实时获取用户数据、实时管理数据，如图1，该控制系统200还设置了实现数据远程通信的RS485通信电路206，该RS485通信电路206的通信接口与单片机201上相应的IO端连接，通过RS-485总线，燃气公司可以向燃气表发送命令帧，将燃气表中的计量和状态数据抄出，也可对燃气表进行参数设置以及开关阀控制，实现实时抄表和燃气价格的实时调整。

如图1，为防止电池电压过低或更换电池时数据的丢失、电机阀阀门的不关闭造成用户数据紊乱、窃气或危险事件的发生，该控制系统200还设置了检测电池电压信号的电池电压检测电路207，该电池电压检测电路207的检测端与电源供电电路208的检测端连接，该电池电压检测电路207的输出端与单片机201上相应的IO端连接，该电池电压检测电路207用来判断电池电压是否能为燃气表提供正常的工作电压，该电源供电电路208包括电池。当电池电压过低或更换电池时，电池电压检测电路207即可检测到，由单片机201经由阀门控制电路202控制电机阀101关闭，保证燃气表的正确计量。

在实际应用中，还可设计一个超级电容作为电池电压过低或更换电池时的后备电池，防止掉电后数据的丢失以及电机阀101不关闭。

在本发明中，供电方式可采用独立供电、分时供电的模式。例如，仅在LCD显示电路209需要显示时电源供电电路208才向其供电，当然，LCD显示电路209的显示时间是可以预先设定的。又例如，只有当检测到有非接触IC卡300靠近时，电源供电电路208才向RF接口电路205供电，其他情况下不为其供电，以降低功耗，延长电池使用寿命。

考虑到燃气表的防爆安全性，本发明中的电源供电电路208可采用3节碱性电池串联方式来提供4.5V电源，并将其转换为低功耗单片机201所需的3.3V电源电压。

如图1，该控制系统200还包括报警电路210、LCD显示电路209，该报警电路210、LCD显示电路209的IO端分别与单片机201上相应的IO端连接。

该报警电路210可在燃气表出现异常情况时发出声音等报警信号，如由开闭到位检测电路203再次检测到电机阀101没有开启到位或关闭到位，单片机201便命令报警电路210给出报警信号，同时还可通过RS485通信电路206将此时异常情况传输到相关管理部门，通知相关人员来及时进行检修，防止漏气或用户无法用气现象的发生。当电池电压过低或更换电池时，报警电路210报警，用来提醒用户尽快更换燃气表中的电池。当燃气表内剩余气量或剩余金额不足、卡错误、磁干扰时，报警电路210会发出声音报警。

在实际应用中，本发明燃气表可按气量、金额两种方式计量，还可设计阶梯价格功能以及透支功能。相应地，LCD显示电路209可以“m3”为单位显示剩余气量，也可以“元”为单位显示剩余金额，便于用户查看，同时还能显示报警信息。

燃气表上电时，首先要进行初始化。初始化期间，先检测电池电压，若电池电压不足，则在LCD显示电路209上显示报警标志，等待更换电池，若电池电压充足，则判断剩余气量或剩余金额是否充足，若剩余气量或剩余金额充足则打开电机阀101，反之则保持电机阀101关闭，等待用户购买气量，经由非接触IC卡300充值后再开启电机阀101，允许用户用气。然后，用户便可以开始使用天然气。在使用天然气的过程中，脉冲转换装置102将使用的燃气气流信号转换为脉冲信号，并由脉冲采样电路204采样，脉冲采样电路204将采集的脉冲信号传送给单片机201后，由单片机201根据燃气公司选择的计量方式，对用户使用气量进行计量，并可根据已使用的气量，在LCD显示电路209上显示剩余气量、累计用气量、本月累计用气量等。

在本发明中，一个燃气表唯一对应一个非接触IC卡300，当某个非接触IC卡300接近RF接口电路205时，单片机201先要对该非接触IC卡300进行认证，认证成功后才会读取卡中数据。

在实际应用中，当剩余气量或金额达到设定报警值时，声音报警并经由阀门控制电路202控制电机阀101关阀一次，以提醒用户购气，此时，用户可划卡，使燃气表自动打开电机阀101，恢复供气，直到剩余气量或金额减为零后才真正关闭电机阀101，停止供气。如果燃气公司设有透支功能，则即使剩余气量或金额减为负数，只要未达到设定的透支值，用户都可继续用气，当用户重新购气后，可自动减去已透支部分。

本发明的优点是：

1、本发明燃气表采用非接触IC卡作为数据传输介质，克服了目前接触式IC卡易污染、易磨损、接触不良和易静电等缺点，保证了卡片长期正常使用，并且，燃气表免去设置卡槽的麻烦。

2、本发明燃气表提供了独立供电、分时供电的模式，实现了低功耗，延长了电池使用寿命。

3、为了避免用户囤气给燃气公司带来经济损失，本发明燃气表提供了两种计量方式：气量计量和金额计量，燃气公司可选择其中之一显示，本发明还可实现透支功能，另外，为了节约资源，在选择使用金额计量时，本发明还可提供阶梯价格功能。

4、为了保证当燃气价格调整时实时反映到用户表中，本发明燃气表支持非接触IC卡和RS485数据远传通信两种方式来实现数据实时管理，RS485通信模式可使管理部门实时获取用户数据、实时管理数据、实时对燃气表进行参数设置和开关阀控制。

5、本发明燃气表可设置燃气气量或金额的最大限额，当购买的气量或金额与表内剩余气量或金额相加大于最大限额时，只能充值到最大限额，有效避免了用户大量囤积气量。

6、本发明燃气表设计有电池电压检测电路，对电池的电压实时判断，确保了燃气表的正常工作。

7、本发明燃气表计量准确，安全可靠，使用便利，其控制系统可在各种类型的机械膜式燃气表中使用，在使用时，只要将该控制系统与基表中电机阀、脉冲转换装置上的相应引脚相接即可使用。

上述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种非接触IC卡式机械膜式燃气表，它包括基表和控制系统，该基表包括电机阀、将燃气气流信号转换为脉冲信号的脉冲转换装置，其特征在于：

该控制系统包括单片机、采集该脉冲转换装置输出的脉冲信号的脉冲采样电路、与非接触IC卡进行无线通讯的RF接口电路、控制该电机阀开启与关闭的阀门控制电路、检测该电机阀开启与关闭是否到位的开闭到位检测电路，其中：该电机阀的控制端经由该阀门控制电路与该单片机上相应的IO端连接，该电机阀的检测端经由该开闭到位检测电路与该单片机上相应的IO端连接，该脉冲转换装置的输出端经由该脉冲采样电路与该单片机上相应的IO端连接，该RF接口电路的IO端与该单片机上相应的IO端连接；当该阀门控制电路驱动该电机阀开启或关闭时，该单片机通过其内部时钟功能以及内部编译程序，存储驱动该电机阀开启或关闭的启始时间，根据设定驱动周期计算该电机阀到位时间，若在计算出的该电机阀到位时间到达时，该单片机仍未经由该开闭到位检测电路采集到该电机阀到位信号，则命令该阀门控制电路重新对该电机阀进行开启或关闭控制。

2.如权利要求1所述的非接触IC卡式机械膜式燃气表，其特征在于：

所述控制系统包括实现数据远程通信的RS485通信电路，该RS485通信电路的通信接口与所述单片机上相应的IO端连接。

3.如权利要求1所述的非接触IC卡式机械膜式燃气表，其特征在于：

所述控制系统包括检测电池电压信号的电池电压检测电路，该电池电压检测电路的检测端与电源供电电路的检测端连接，该电池电压检测电路的输出端与所述单片机上相应的IO端连接。

4.如权利要求1至3中任一项所述的非接触IC卡式机械膜式燃气表，其特征在于：

所述控制系统包括报警电路、LCD显示电路，该报警电路、LCD显示电路的IO端分别与所述单片机上相应的IO端连接。

5.一种用于权利要求1所述的非接触IC卡式机械膜式燃气表的控制系统，该非接触IC卡式机械膜式燃气表包括基表，该基表包括电机阀、将燃气气流信号转换为脉冲信号的脉冲转换装置，其特征在于：该控制系统包括单片机、采集该脉冲转换装置输出的脉冲信号的脉冲采样电路、与非接触IC卡进行无线通讯的RF接口电路、控制该电机阀开启与关闭的阀门控制电路、检测该电机阀开启与关闭是否到位的开闭到位检测电路，其中：该电机阀的控制端经由该阀门控制电路与该单片机上相应的IO端连接，该电机阀的检测端经由该开闭到位检测电路与该单片机上相应的IO端连接，该脉冲转换装置的输出端经由该脉冲采样电路与该单片机上相应的IO端连接，该RF接口电路的IO端与该单片机上相应的IO端连接；当该阀门控制电路驱动该电机阀开启或关闭时，该单片机通过其内部时钟功能以及内部编译程序，存储驱动该电机阀开启或关闭的启始时间，根据设定驱动周期计算该电机阀到位时间，若在计算出的该电机阀到位时间到达时，该单片机仍未经由该开闭到位检测电路采集到该电机阀到位信号，则命令该阀门控制电路重新对该电机阀进行开启或关闭控制。

6.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于：

所述控制系统包括实现数据远程通信的RS485通信电路，该RS485通信电路的通信接口与所述单片机上相应的IO端连接。

7.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于：

所述控制系统包括检测电池电压信号的电池电压检测电路，该电池电压检测电路的检测端与电源供电电路的检测端连接，该电池电压检测电路的输出端与所述单片机上相应的IO端连接。

8.如权利要求5至7中任一项所述的控制系统，其特征在于：

所述控制系统包括报警电路、LCD显示电路，该报警电路、LCD显示电路的IO端分别与所述单片机上相应的IO端连接。

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