CN1114443A - 卡式微电脑安全自控煤气表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电脑数据处理及控制装置，用于对煤气表及汽、水、电表进行多功能自动控制。它由数据采集电路、单片机控制电路、显示电路、安全报警系统、控制机构、用户卡读写电路、键盘、语音警报器、掉电保护电路和电源构成，单片机控制电路是其它各电路的连接和控制中心。本装置采用磁卡或电卡作为用户卡实现预收费式管理，安全节能，成本低，可控制多项使用煤气的指标，具备多功能全方位报警、联网通讯、语音提示、自动开关阀门等功能。

Description

卡式微电脑安全自控煤气表

本发明涉及微电脑数据处理及控制装置，具体是一种卡式微电脑安全自控煤气表，也可用于对汽、水、电表进行多功能自动控制。

目前，在管道煤气及汽、水、电的使用管理上，仍采用传统的“手工抄表计费”方式，用户先用气(或汽、水、电)，后交费，致使用户和供应生产部门的计划性差，使用费拖欠问题严重；同时煤气泄漏问题时有发生，汽、水、电也同样存在泄漏问题，这不仅造成能源浪费，更危及生命安全和更大的能源损失，常令用户提心吊胆；另外对超负荷用气(汽、水、电)，供应部门往往就成片停止供应，因此常祸及邻近用户单位，不能做到谁超停谁，既不利于计划、节约、安全使用，也使供应、生产管理工作带来诸多不便。

西方发达国家近年来在这方面虽有根本改变，但只是依靠国家财力从系统方面着眼，况且一时难以普及，更不适于我国和广大发展中国家采纳。

本发明的目的在于提供一种预收费式、安全可靠、具备多功能报警、可控制多项使用煤气的指标、成本低的卡式微电脑安全自控煤气表，本发明也可用于汽、水、电表的自控，适用范围广。

本发明的技术方案如下：

本发明是由数据采集电路、单片机控制电路、显示电路、安全报警系统、控制机构、用户卡读写电路、键盘电路、语音警报器、掉电保护电路和电源电路构成，单片机控制电路是其它各电路的连接中心和控制中心，其中数据采集电路可设置多路，每一路均由传感器电路和单稳电路构成；单片机控制电路控制其它各电路完成各自的功能，它包括单片机、地址锁存器、数据存贮器、程序存贮器、译码驱动器、数据接口、复位启动电路、收发器电路、单稳延时电路和振荡器，并完成计量、计费、收费、控制用量和时间及报警控制功能；用于显示数据、提示信息和时钟的显示电路由显示驱动器和显示器构成，显示器可采用数码显示器或字符式液晶显示器；安全报警系统是一个可长时间独立或联机工作的装置，它包括传感器电路、警报发生器、逻辑判别组合电路、电源电路、音乐电路、扬声器和线圈，安全报警系统完成多种安全信号监控及异常状况报警；控制机构可设置多路，每一路均由驱动器和电磁开关构成，自动完成对煤气阀门或其它类阀门以及电闸的开启和关闭控制；用户卡可采用电卡或磁卡，用户卡读写电路完成对用户卡所储存的数据的读取或由单片机控制电路控制将数据写入用户卡；语音警报器由语音生成电路、警报发生器和音响驱动控制电路构成，单片机控制电路接收到安全报警系统提供的报警信号后，控制语音警报器进行语音和警报声报警；掉电保护电路中包括备用直流电池，用以对单片机控制电路和用户卡读写电路断电时保存这两个电路中数据存贮器中的必要数据；电源电路向其它各电路提供所需直流电源。

本发明还可包括一个可与控制中心相联的联网通讯电路，该电路由单片机控制电路的收发器电路的串行通讯口输入数据，通过由无线智能调制解调器和无线发送接收器构成的电路，或是与电话线相连的调制解调器，与控制中心相应的接口电路相对应，构成无线联网或电话线联网。

上述的数据采集电路与煤气表相连配合使用，也可与电度表相连配合使用以完成电表自控，与水表相连配合使用以完成水表自控，这几种应用实施方式的差别仅在于传感器电路部分及单片机控制电路的数据处理方式。数据采集电路还可直接采用气、水、汽用流量计和电能检测计。

安全报警系统中的传感器电路可根据实际需要设置可燃性气体探测器、缺氧探测器、烟雾探测器、火警探测器、非法用电或触电漏电探测器、超温热敏探测器等，还可采用门磁、振动、压力、玻璃破碎、微敏、红外等防窃探测器，从而使安全报警系统成为一个具有针对煤气泄漏、火警、非法用电或触电漏电、防窃等多方面的多功能报警系统，而不仅仅局限于煤气装置的安全报警，适用面更加广泛。

所述的控制机构中的电磁开关可采用继电器，并与煤气阀门相连，也可与汽阀、水阀或电闸相连，完成相应的开启或关闭动作。

用户卡读写电路可采用磁卡读写电路或电卡读写电路，磁卡读写电路可间接或直接通过其中的磁卡读写头读写磁卡，电卡读写电路可间接或直接读取或擦写属非挥发性存贮器的电卡。

在本发明中，数据分析、处理以及控制信号的发出均由单片机控制电路中程序存贮器所存贮的程序指令进行的。

本发明与现有煤气(汽、水)表和电度表配合使用，亦可直接用新型气、水、汽用各类流量计和各类电能检测计，如差压流量计、蜗轮、电磁、压力流量计等。它可自动控制计量、计费、收费，安全节能，自动控制关启煤气阀门、水阀、汽阀或电闸，控制用户的用气(汽、水)量、电量、电力和用气、用电时间；有效地解决了供应紧张和拖欠费用的问题，实现先交钱后用煤气(汽、水、电)，可优化管理程序；消除用户和生产经营供应部门最忧患的难题和顾虑，确保安全使用煤气和电，减少了浪费和无端的灾难性损失，无形中节省大量能源。本发明的设计思想是在用户负载之前和能源送入用户的供应口之间接入本发明所述的装置，该装置的许多控制参数是由一片或一块便于携带的磁卡或存贮读写卡(亦即电卡)提供的，它通过供应部门在用户卡内写入各种控制参数和密码，用系统的软件程序来控制用户的用气(汽、水)量、电量、用电电力、使用时间、计量、计费、收费、安全节能及自动关启煤气(水、汽)阀门和电闸等，同时和系统相连但独立供电的安全报警系统还能为用户提供防窃、防火、防漏煤气、防漏电打火的警报系统；有条件的用户可实现联网通讯报警，并自动关气断电，以及开水烧开语音报告等辅助功能。可为用户提供众多的方便。本发明的功能特征具体包括：

一、采用用户卡片实现先交费买卡，后用煤气(汽、水、电)。

1、自动计量、计费、收费；定额管理；预报余额，例如用语音提前预报三次；自动关启阀或闸。

2、用户卡片按经费可分为月卡、季卡、年卡、半年卡、多年卡的电卡或磁卡。

3、通过公司、单位、单个用户各自的编号、密码、特殊标志码等保护用户和供应公司及厂家的权益。

二、安全使用煤气和电能，节约能源和防止损失。

1、燃气口缺氧保护，当燃气口的含氧量低于规定值时自动熄火。

2、可燃气泄漏安全报警，自动关电断气。

3、非法用电或漏电、触电安全报警，自动断电。

4、不仅保证用气用电安全防范，且可及时防止能源的意外浪费，遏制灾难性能源损失。

三、联网报警和远程数据传输。

1、可通过电话线或无线电进行数据通讯，实现与上级控制中心及计算机网络通讯。

2、可构成综合控制管理和安全报警信息网络系统。

四、公共安全报警系统

1、火警报警及自动关气断电和联网报警。

2、在室内或一定区域内，通过在门、窗、柜、室内等部位设置检测器构成防窃盗安全报警和联网报警。

3、其它如开水烧开语言报告、管阀未关严语言报告、语音予报和报警等功能。并可根据实际需要进行扩展。

五、扩展功能：可用于企事业单位的能源(包括气、汽、水、电)定额、定量、计量、计费、收费、安全报警的自控系统。

本发明所述装置的使用方法是：

一、按键启动系统工作，用户将所购用户卡插入该装置，即可使用负载，用完按结束键，取出用户卡，关掉电源。如此循环多次使用，直至提示经费即将用完或已用完，则该换新卡使用。

二、另一种使用方法是：按键启动系统工作，用户插入用户卡，该装置提示取卡和使用负载，此时该用户卡上的数据已读入装置内，并被清洗为空白卡。用户用完后按结束键，关掉电源。用户也可持续使用负载，如汽、电、水等，或是单位使用煤气。用户自首次插新卡后无需再插卡，可连续循环使用直至提示经费将用完或已用完，须再购新卡使用。

利用本装置，还可安排满足各种不同需要的使用模式，无须更新设备，仅需改用软件程序即可。

综上所述，本发明具有可实现预收费式管理、安全可靠、报警功能强而齐备、可控制多项煤气使用指标、全自动控制、语音报告、成本低等优点，实用性强，报警功能和控制功能具有很强的可扩充性，可进行远程联网通讯。本发明广泛适用各类煤气表以及汽、水、电表的自动控制，是一种多功能智能化控制仪表。

以下结合附图及实施例详述本发明。

图1a为本发明的原理框图；

图1b是本发明的系统线路结构原理框图；

图2是单片机控制电路原理图；

图3是显示电路的原理图；

图4是键盘电路原理图；

图5是四路控制机构驱动电路图；

图6是语音警报器电路原理图；

图7是安全报警系统电路原理图；

图8是单路或四路数据采集电路图；

图9是联网通讯电路原理图；

图10是磁卡和电卡读写电路原理图；

图11是电源I电路原理图；

图12是电源II电路原理图；

图13是系统部分主控简明流程图。

本发明的整体结构如图1a所示，图1b则是对图1a所示结构的进一步细化。

如图2所示，单片机控制电路由单片机IC₁、地址锁存器IC₄、数据存贮器IC₆、程序存贮器IC₇、译码驱动器IC₅、可编程三路并行数据接口芯片IC₈和IC₉、收发器电路芯片IC₂和IC₃、单稳延时电路IC₁₀-1、石英晶体振荡器IC₁、电容C₁—C₁₀、电阻R₁—R₁₁、三极管T₁、快速二极管01、备用锂电池E1等构成，通过单片机IC₁的输入接点1、2、3、4，数据总线口P₃(P_3-0～P_3-7)，译码驱动器IC₅的接点Y₄和Y₅，收发器芯片IC₂和IC₃的输出入接口SER₁口和SER₂口，可编程数据接口芯片IC₈和IC₉的入出接口PA₁口(11)、PB₁口(12)、PC₁口(13)、PA₂口(14)、PB₂口(15)、PC₂口(16)等分别与各电路对应接点或接口相连。其中单片机IC₁可采用8098或80C198等芯片，IC₁的P₃口包括P_3-0～P₃-7，可用作地址\数据复用的总线口，从P3口分时送出的地址信号经ALE信号控制锁存在地址锁存器IC₄中，作为RAM数据随机存贮器IC₆(如6264)和EPROM(ROM)程序存贮器IC₇(如27128)以及可编程数据接口芯片IC₈和IC₉(如8255或8279)的低8位地址A₀—A₇，A₈—A₁₂、A₁₃从P₄口的P_4-0～P_4-5输出，P₄口的P_4-6～P_4-7输出的A₁₄、A₁₅经地址译码器IC₅译码后，分别选通数据存贮器IC₆、程序存贮器IC₇、并行数据接口芯片IC₈与IC₉，P₃口输出的数据总线D₀—D₇直接送至上述IC₆—IC₉芯片的数据口，便于单片机IC₁直接与各存贮器及数据接口交换数据信息，可据程序存贮器IC₇中的软件程序扫视数据接口芯片IC₈中PA₁口0-7(11口)及PB₁口0-3(12-1)外接键阵key的键盘信息，是否需冷复位启动系统工作，或设置修改必要的系统参数，或进行必要的程序调试(研制期)，或修改设定日历时钟，或改换用户密码和编号，或需解除报警系统的报警，或强制显示想了解的数据内容，或强制开启某些阀门及电闸等，通过IC₈中PB₁口4-7(12-2 )控制外接四路控制机构执行开启与关闭命令所要求的对应气(汽、水)阀门及电闸；指示IC₈中的PC₁口0-7(13)控制外接的语音警报发生器电路及音响控制驱动电路按需要及时进行对应语句语音(汉语或英语)报告与警报声报警；由数据接口芯片IC₉中的PA₂口0-7(14)与PB₂口0-7(15)输出送至外接数据及时钟显示电路供显示用的实时日历时钟数据，用户现用量、累计用量、所余用量、限用额度与时间、各种费用情况等数据信息，通过IC₉中的PC₂口0-7(16)与单片机IC₁的P₀口4-7的ACH4-7的1、2、3、4等输入接点从外接单路及四路数据采集电路获取的煤气(汽、水、电)表的实际使用的数据信息，以及单片机IC₁通过P₃口0-7数据总线，经译码器IC₅的Y₄选通，外接安全报警系统信息输出数据缓冲寄存器获取的报警数据信息，进行汇总计算、审核、判别、存贮、传输处理后进行相应的控制和显示。为使单片机IC₁正常工作，通常必须首先使它复位，在供电正常、振荡器稳定后，把RESET引脚拉成低电平并持续两个状态周期以上，即可启动IC₁的8098复位过程并转入正常工作；系统由三极管T₁、电阻R₁、电容C₁构成系统复位启动电路，该电路在单片机控制系统正常工作时维持IC₁ RESET(RST)脚为高电平，加电初期R1C₁延时时间则维持RST为低电平使单片机进入复位过程；RST亦可用作输出，经过单稳触发器IC10-1来增长其持续时间，去复位系统其它芯片IC₈与IC₉，用以使系统中的其它芯片如IC₈和IC₉共享8098监视定时器或RST指令的操作结果，可使8098先于其它器件复位并开始运行；同时系统复位启动电路可由其输入接点RST输入键阵中独立键位keyRST的复位信号，使系统强制重新复位启动工作。由石英晶体振荡器IC₁，电容C₂与C₃，单片机IC₁内部时钟发生器等构成系统时钟振荡源。掉电保护电路由备用电池E₁，二极管D₁，电容C₉、C₁₀，电阻R₁₁等构成，当电源电压下降到一定值或掉电时，电池E₁通过二极管D₁供给单片机IC₁和数据存贮器IC₆以+3V低电源，使单片机进入节电运行状态，时钟继续运行，单片机RAM和数据存贮器RAM中的数据得以保存。串行通讯口由单片机IC₁多功能I/O口P₂口0—P₂口1经数据缓冲、收发、驱动器IC₂与IC₃接至输出口SER₁口及SER₂口，电阻R₂—R₉，电容C₄—C₇用以滤去传输反射波和干扰，其中SER₂口外接磁(电)卡读写电路，磁(电)卡内存贮有供应公司密码、用户密码、用户编号、存贮日期、使用额度、可用量、可用经费、指标定额等等，使用时若非本机用卡则拒绝接收，若为本机卡则读写该卡，低、中档表一般为一次性读写，即准确读出全部有用数据后随即清写该卡，凡经清写过的卡已无实际使用价值，高档表用卡可反复读写使用，直至卡上有用数据读写使用中清写为“0”止，以适应不同用户的不同环境和需要，该表按卡上读得的数据供用户使用，并提前作备卡语音预报、换卡语音预报、不能再使用语音警告，使用户有时间早作准备而不致误事；而SER₁口为标准RS232C串行通讯口，可通过MODEM作远距离有线(如电话线)或无线数据通讯，将必要的数据信息随时或适时传输到计算机控制管理中心或计算机网络系统，这对有条件的用户，或企事业单位和城镇将是必要的，对安全防范和统筹管理有益。

如图3所示，显示电路由数据驱动电路IC₁₁与IC_12-1、扫描驱动电路IC_12-2和IC₁₃、数码显示器DG₁—DG₈或字符式液晶显示器MDL-81809、电阻R₁₂—R₂₇构成，通过IC₁₁和IC_12-1的输入端nA口(14)和IC_12-2与IC₁₃的输入端nA口(15)，分别与单片机的对应接口相连。由单片机控制电路PB2口0-7(15)口送出的字位选择信号，经驱动器IC_12-2与IC₁₃驱动后，使所选通的字位的数码显示器DG1-8(或字符式液晶显示器MDL-81809)发光。要显示的数据由单片机控制电路PA₂口0-7(14)口送至，经驱动器IC₁₁与IC_12-1驱动后送至DG1-8或MDL-81809，采用软件扫描方式循环显示相应数据信息或日历时钟，一般均按实际使用所需显示对应的内容，如家用煤气表，不用气时则显示时钟，用气时显示累计数等，亦可通过按键key功能设置强制显示想了解的数据信息，安全节能告警时则适时显示告警信号和对应代号。

如图4所示，键盘电路由点阵式触摸键盘模块key、电阻R₂₈—R₃₁构成，通过键阵扫描输入端口(11)和(12-1)分别与单片机对应接口相连。由单片机控制电路PA₁口0-3(11)口送出的键位扫描信号逐行位送到键阵，键位检测信号则由单片机控制电路PB₁口0-3(12-1)接收，逐列逐位扫视键阵key键阵中任一键位有接触，该键所在行的键位扫描脉冲(为低电平脉冲)由PA₁口(11)送至时，该键所在列将出现低电平脉冲直接送至单片机控制电路PB₁口(12-1)，经单片机控制电路检测寄存和处理，记下这行列交叉定位的唯一键位。由于人为掀键的随意性，软件程序设计了处理重键和消除键抖动干扰的功能，确保按键操作准确无误。另有部份独立键位经直接连线用于处理特定的功能，如复位键key_RST等，实现系统直接硬启动复位；各键位由键阵key所处行列编号，由软件程序赋于它系统运作所需各项功能操作，有数字键和功能键之分，满足设置修改参数、调试程序、设定日历时钟、更换密码与编号、软件启动复位(通常称为“软启动复位”)、解除报警声响、强制显示、表功能转换(如由当前执行煤气表功能转换为当前执行电度表或水表或汽表功能)、强制开启或关闭某些应急阀门或闸门、远程联络与发送特许等等。锁定开关K18可保护系统平常不致因误触键而受到不必要的干扰。

如图5所示，是四路控制机构原理结构，它由驱动控制电路IC_14-1、驱动执行继电器JB₁—JB₄、保护二极管D₂—D₅等构成，并通过IC_14-1输入端口1A—4A的(12-2)口和单片机对应接口相连，作为控制煤气(汽、水)阀门和电闸之用。各种系统控制信号由单片机控制电路的PB1口4-7(12-2)口送至IC_14-1，直接驱动JB₁—JB₄工作，实现系统要求的各项阀门或闸门的开关控制。二极管D₂—D₅用以保护驱动器IC_14-1，消除和滤掉灵敏继电器JB₁—JB₄线包掉电时产生的高峰反向电压电流干扰破坏。控制指令信号发出时，驱动器1C_14-1相应输出端输出低电平信号，使对应灵敏继电器线包通电工作，该继电器的常闭或常开触点则断开或接通对应的电磁阀门或电闸的电源使其自动关启，实现自动控制的目的。如磁(电)卡数据允许用气(汽、水、电)，则控制指令指示某些灵敏继电器工作，去执行开启气(汽、水)阀门或电闸，允许用户自由使用煤气(蒸汽、水或电)；一旦出现缺氧现象，且低于必要的含量指标，则发出控制指令，经继电器控制关掉灶前(表后)煤气阀门，待恢复后再打开，以保证煤气充分燃烧，既安全又节省；若可燃气漏气严重，超过安全系数，则发出控制指令关掉表前煤气总阀并切断总电源，发出报警信号，通知用户或控制中心消除隐患，恢复正常工作，防止漏气浪费和安全事故；有火警时亦关掉煤气切断电闸，并发出报警，确保用户生命财产安全。实现安全节能使用自动控制和智能化。

如图6所示，在语音警报器中的语音生成电路由语音发生器芯片IC₁₅、三极管T₂、电阻R₃₂、电容C₁₁构成，通过IC₁₅输入in0-5端口13与单片机对应接口相连接，并通过IC₁₅输出out端口接至音响控制驱动电路与非门IC_17-1的对应输入接点相连接；警报发生器电路由警报发生器芯片IC₁₆、三极管T₃、电阻R₃₃构成，通过IC₁₆输出C端点接至音响控制驱动电路与非门IC_17-2的对应输入接点相连接；音响控制驱动电路由与非门逻辑组合控制电路芯片IC₁₇、驱动放大三极管T₄、保护二极管D₆、微调电阻R₃₄、扬声器MP₁等构成，通过与非门电路芯片IC_17-1和IC_17-2的输入端口分别与单片机及语音警报生成器的对应接点相连。警报信号由警报发生器芯片IC₁₆，电阻R₃₃，三极管T₃构成，R₃₃用以调整警报声声调、频率、音响效果，产生不同特色的警报声，T₃用来放大驱动警报信号，并作输出匹配。T₃的输出端将警报信号直接送往逻辑组合判别电路的与非门IC_17-2的输入端，常备不懈；一旦有警情时，该二输入与非门IC_17-2的另一个输入端，由单片机控制电路(图2所示)的PC₁口(13)送来对应的高电平警报启动信号，使警报信号通过IC_17-2送至逻辑组合判别电路另一与非门IC_17-3的一端，这时因IC_17-3的另一端维持高电平(常备状态)，警报信号得以经过IC_17-3的反相驱动放大，送至由三极管T₄、电阻R₃₄、保护二极管D₆及喇叭MP₁组成的音响驱动放大电路，输出报警音响提示。R₃₄可以调整选择，限制功率放大管T₄的集电极电流和放大倍数，保护功放管不致过流烧毁；D₆用以保护和防止T₄不致因高峰反向电压击穿。语音信号由语音合成发生器芯片IC₁₅、电阻R₃₂、电容C₁、三极管T₂构成，R₃₂和C₁₁构成滤波调谐电路，提高语音质量，T₂为语音信号驱动放大器，并作输出匹配。IC₁₅是按系统设计要求专门设计的，可产生诸如：“灶头缺氧，请注意通风！”，“煤气漏气，请注意安全！”，“非法用电危险，请立即撤回！”，“漏电严重，请注意人身安全！”，“有火情，请扑灭火源！”，“开水烧开啦！请关火灌水！”；“气阀未关严，请重关！”；“有窃贼偷东西，快来抓贼啊！”“非法用卡，请换卡！”，“非本公司卡，请换卡！”，“非本用户卡，请换卡！”，“是废卡！请换卡！”，“是坏卡！请换卡！”；“经费快用完啦！请准备新卡！”，“经费将完，请准备换卡！”“经费用完，请换卡！”；以及语音报告时钟等等的普通话标准汉语语音，或英语；或汉语和英语。可同时具备，亦可分别选用按需要设配。该IC₁₅有以下几种类型：一种是予先合成好以上各语句，据需要由单片机控制电路根据控制指令要求由PC₁口(13)送来触发选择信号，经IC₁₅对应的信号输入端in0-5，调用相关语句发生电路，经T₂放大驱动，由out口将该语音信号输送至逻辑判别组合音响控制驱动电路的IC_17-1与非门的一输入端，这时IC_17-1的另一输入端已由单片机控制电路的PC₁口(13)送来对应的开通信号(高电平；平时此端为低电平，从而保证IC_17-1的输出端为高，使IC_17-3的该对应输入端时常处于准备状态，由IC_17-2输出送来的另一信号，也具同样特点。)使语音信号经IC₁₇控制判别驱动直接送至音响驱动放大电路，输出语音播音提示。另一种形式是该IC₁₅芯片实际上由各独立语句芯子混装组合而成，因而可按需组合成不同用途所需语音发生器系列芯片，既方便灵活，又可降低成本，形成系列，使用方法同上述。还有一种形式则更为灵活，但软件程序稍复杂些，IC₁₅芯片仅按不同参数选择各自的不同种类的生成模式自动产生所需语音信号，而所需语音的数据和参数却编制存放在单片机控制电路的程序存贮器IC₇和数据存贮器IC₆中，供输出时调用，因此要改变或输出不同要求的语音信号，一般无须更换语音信号发生器芯片IC₁₅，仅须重新编制或改变存于IC₆与IC₇中的数据与参数即可，对想研制出不同特色的系列产品带来极大便利，然而成本较高，特别对批量投产的定型产品而言就不值得。因此要视需要和条件施用。

如图7所示，由TR₁—TR₈、微调电位器WR₁—WR₄、电阻R₃₆—R₅₁、电容C₁₂—C₁₆、信息入口插座JP₁—JP₅、三极管T₅—T₁₂、发光二极管LE₁—LE₄、与非门逻辑电路芯片IC₁₈和IC₁₉、反相器IC₂₀、音乐电路IC₂₁、警报发生器IC₂₂、高速数据缓冲寄存器IC₂₃、弱信号比较器IC₂₄、驱动电路IC_14-2、二极管D₇—D₁₁、扬声器NP₂、互感电流脉冲线圈FL₁和FL₂、灵敏继电器JB₅(线包)、灵敏继电器触点JB_5-1、热敏电阻TR₁₀、输入插头JK₁-JK₅、以及可燃气和缺氧探测器、烟雾与火警探测器、门磁、振动、玻璃破碎、微敏、红外等防窃探测器、各种探测常闭结构ZP₁—ZP₈、常开结构ZK₁—ZK₃和超温热敏探测器TR₉等构成安全报警系统，通过IC₂₃输出Q_0-7端口P₃和单片机IC₁的P₃口对应接点相连。三极管T₅—T₈，射极电阻R₃₅，热敏电阻TR₁—TR₈，微调电位器WR₁—WR₄，输入插座JP₁—JP₄等构成四路弱信号或开关信号采集放大器。当外接采集信号插头如JK₁—JK₄未插入插座JP₁—JP₄时，TR₅—TR₈通过各自插座JP₁—JP₄的内部簧片与T₅—T₈的基极相连，此时TR₅—TR₈分别与WR₁—WR₄及其相连的TR₁—TR₄分别构成分压电路，调整WR₁—WR₄的阻值，使T₅—T₈的集电极输出低电平，送至二输入四与非门IC₁₈各门的输入端，全面封锁由与非门IC₁₈和IC₁₉、反相器IC₂₀构成的四路逻辑判别组合驱动电路，截止由警报信号发生器IC₂₂输出并送至IC₁₈各门另一输入端的警报信号，不播发警报信息。这时T₅—T₈经调整使其工作在非线性拐点状态，这一创造性的应用设计使该弱信号采集放大器反应奇特而灵敏。其中第4路T₈的射极配接电阻R₃₅，可使T₈转换范围更窄，反应更快更灵敏。由ZP₁—ZP₈常闭开关，ZK₁—ZK₃常开开关，TR₉热敏电阻及插头JK₄组成数据信息采集探测传感器模拟示意电路，其中TR₉亦是实用的火警探测器或开水烧开报告探测传感器； ZP₁—ZP₈和ZK₁—ZK₃用以模拟各种探测传感器，如可燃烧气体探测器，缺氧探测器，烟雾探测器，非法用电或触电漏电探测器，门磁、振动、压力、玻璃破碎、微敏、红外等防窃探测器输出的或经改装后输出的开关量信号。如图所示：在模拟电路插头JK₄插入四路插座JP₁—JP₄的任一插座时，则取代了TR_5-8，当常闭开关ZP₁—ZP₈断开时，T₅—T₈的基极与地之间电阻为∞大；在常开开关ZK₁—ZK₃闭合时，则基地电阻为0；而热敏电阻TR₉是随着温度升高电阻阻值急剧变小的温敏传感器，当水烧开时，壶咀旁的TR₉按其温度特性曲线将降至相应温度如90℃时的阻值，火警引起的室内局部温升也会使TR₉电阻变到设定火警温度如50℃—60℃相对应的阻值，以上几种结果均使T₅—T₈基极电压偏离对应调整设定的非线性拐点，使T₅—R₈的集电极输出高电平，从而撤消该路逻辑判别组合驱动电路的封锁，使该路输入警报信号，让系统播发警报信息。实践证明各传感探测器的开关信号和热敏电阻阻值变化信息可通过长达1500m以上的长线(线阻仅几十欧姆)传送至插座JP₁—JP₄而准确无误；纯开关量时，还可作无线传输；户外有线传送时，遇意外或人为切断传输线，或者将两传输线短路铰接，均将使T₅—T₈基极偏离拐点，集电极输出高电平，使系统发出报警，这一独有的特征，大为提高了安全报警能力。热敏电阻TR₁—TR₄用来跟踪诸如TR₉随一年四季温差或东西南北不同地域的温差所引起的漂移而设置的，使弱信号放大器的拐点阀值保持在设定的允许范围之内，做到稳定可靠。窃漏触电安全防范探测器电路由互感电流脉冲线圈FL₁—FL₂，二极管D₉—D₁₁，电容C₁₄—C₁₆，电阻R₄₈—R₅₁，灵敏继电器JB₅(线包)，灵敏继电器触点JB_5-1，热敏电阻IR₁₀，弱信号比较器IC₂₄，驱动电路IC_14-2，输入插头JK₁等构成。与电能(度)表输出导线相联系的FL₁—FL₂分别检测出通过该两根导线的电流，经整流滤波后送出直流电压信号至比较器IC₂₄，正常时IC₂₄输出高电平，JB₅不工作；非法用电时，流过火线的电流将小于公共线零线电流，两线电流不平衡，经IC₂₄比较后，送出负脉冲信号，经驱动器IC_14-2使JB₅工作，JB_5-1释放，发出报警开关信号；由插头JK₁送往四路数据采集电路的任一路JP₁—JP₄，播出安全报警信息，同时IC_14-2输出信息还直接送至数据缓冲寄存器IC₂₃寄存，供单片机控制电路由译码器送来的查询读取信号Y₄控制从数据总线将IC₂₃寄存的信息读至单片机IC₁的P₃口，由软件程序操作控制机构执行关电断闸。漏电和人身触电事故发生时，必向空气中或某人体物体泄放大量电流，因此火线电流将大于零线电流，同样将使IC₂₄送出负脉冲信号，也将立即关电断闸。数据缓冲寄存器IC₂₃还分别接收可燃气探测器，缺氧探测器，火警探测器及四路数据采集电路经逻辑判别组合驱动电路的IC₁₈口输出端送来的四路检测信号，并在判别电路识别出有探测信号时由反相器IC_20-3输出低电平打人信息，由微分电路R₄₆、C₁₃将信息打入IC₂₃寄存，供单片机控制电路查询调用，并执行相应操作。从而确保出现上述缺氧、漏气，非法用电或漏电触电，火警，水烧开，发生窃盗行为等等安全问题时，除本系统自身发出报警信号外，还及时通知主机系统进行相应的处理，按不同情况发出语音告示，进行必要的关气阀断电闸，适时将信息通过有线或无线传输传送给控制中心或网络系统等，实现安全节能自控。四路逻辑判别组合驱动电路中4个采集数据输入与非门IC₁₈的四个输出端，在无采集数据(即报警信息)时均为高电平，因此与其相连的四个发光显示器LE_1-4不亮；其分别送往数据缓冲寄存器IC₂₃的四路信号亦为高电平，表示平安无事；R₄₀—R₄₃分别为LE_1-4的限流保护电阻，防止LE_1-4过流烧坏，四路均为高电平，且直接送至IC_19-1和IC_19-2的两组二输入端，IC_19-1与IC_19-2的输出低电平经1C_20-1与IC_20-2反相后将两高电平送到IC_19-3的两输入端相与，因而确保四路数据采集输入的警报控制信号可互不干扰地将警报信息经判别组合电路畅通送至由三极管T₁₂，喇叭MP₂，电阻R₄₇和二极管D₈组成的音响驱动放大电路，播放相应报警音响。某路发出警情，由T₅—T₈送来高电平，IC18_1-4的某输出端即反应警报信号发生器IC₂₂和驱动三极管T9送至的警报信号，对应的发光显示器LE_1-4随着该路警声脉冲幅度强弱变化而闪闪发光，表示该路某个检测点有警情，每路可联接闭路或开路输出的检测点16—128个。该情亦通过IC₁₈对应输出端送至数据缓冲寄存器IC₂₃打入寄存，供单片机控制电路处理运作。并送至音响控制驱动电路播出警报声响；插座JP₅可外配音箱(由插头JK₅插入)，使警报音响输出功率可达0.25W至60W或更大功率，满足不同用户和环境条件所需。由音乐信号发生器IC₂₁，三极管T₁₀与T₁₁，二极管D₇，电容C₁₂，电阻R₄₄构成音乐信息驻留延迟电路，每当警报信号撤消时，由T₁₀、C₁₂、R₄₄组成的转换触发电路自动触发音乐发生器IC₂₁工作，并由T₁₁驱动放大经D₇送至喇叭WP₂播出音乐，连续播放次数和时间，以及播放何种音乐可选择设定。从而使用户明白刚才曾发生过报警，起到当撤消警报后，仍能将报警信号延续必要的时间，这在安全报警系统LW999单独使用时尤为重要。

安全报警系统由图12所示的交直流稳压电源II单独供给+5V电源，全天候工作，保持常备不懈。

如图8所示，是单路或四路数据采集电路原理图。其中，由光源发光管GED₁—GED₁₀、光电三极管GT₁—GT₃、电阻R₅₂—R₆₂、电容C₁₇—C₂₁、单稳整形芯片IC₂₅和IC₂₆、微型拨动开关CK₁、传动齿轮Z₁—Z₄、三极管T₁₃以及用于气、水、汽的相应差压、蜗轮、电磁、压力流量计，电能检测计等构成单路或多路数据采集电路，通过单稳芯片IC₂₅及IC₂₆的接点1、2、3、4或(16-1)—(16-8)与单片机的对应接点相连。计数脉冲由置于各类现有煤气表、水表、电表未级传动齿轮Z₁—Z₃适当位置的光电二极管GED₁—GED₁₀发出计数光源，光敏管GT₁—GT₃分别将检测到的对应计数脉冲信号，经过单稳电路IC_25-1、2与IC_26-1整形延时后，将脉宽约1S的负脉冲经输出端口1、2、3分别送至单片机控制电路中，IC₁芯片P_04-6口的1、2、3，或IC₉芯片PC₂口(16)的16-1、16-2、16-3口；作为煤气(汽、水、电)表的用量计数输入。第四路的方案是在煤气(汽、水、电)表末级传动齿轮Z₄上装一小拨轮，每圈定点拨动微型限位开关CK₁工作一次，计数开关信号经三极管T₁₃将检测到的相应计数脉冲信号，经单稳电路IC_26-2整形延迟，经输出口4送至单片机控制电路IC₁芯片P_04-7口的4或IC₉芯片PC₂口(16)的16-4、5、6、7、8口，作用户用量计数输入。诚然作工业企业使用时，则按需直接采用精度更高更准确的适于煤气或蒸汽或水源使用的各类如差压、蜗轮、电磁、压力流量计和各类电能检测计，并将输出组装为开关量信号或电信号，送人T₁₃输入端作用量计数输入，实现用户用量数据采集。单片机控制电路通过软件程序处理，以更高的精度和准确性保证计量数据和原有煤气表(或汽、水、电表)累计数据完全一致，并能分解计算出本次使用量，使用经费，是否超额等等，且分别存贮备用，亦可按需调出显示。

如图9所示，联网通讯电路由收发器IC₂、电阻R₂—R₅、电容C₄和C₅实现，通过人出口SER₁口与主机或网络相连。联网通讯电路外围电路系统由无线智能调制解调器MOOEM1和MODEM2、无线发送接收器RADIO1和RADIO2、调制解调器MODEM3和MODEM4、控制中心或计算机网络系统KCZX等构成，通过MODEM1、MODEM3的输入接口SER₁口与单片机对应接口相连，实现远距离通讯联络和联网通讯。单片机控制电路通过异步通讯口SER₁(RS232C)口，直接配接调制解调器MODEM3、MODEM4经电话线路将用户使用数据和安全报警信息传输到控制中心或计算机网络系统KCZX，实现企事业单位或城镇全系统用户联网控制管理。同时对远距离的传输还可通过现代无线智能调制解调器MODEM1、MODEM2，发射接收器RADIO1和RADIO2，将数据信息无线传送到控制中心或计算机网络系统，实现现代化管理。

图10是用户卡读写电路，如图10-1所示，由电阻R₆₃—R₇₅、电容C₂₂—C₂₉、晶体振荡器IC₂、启动开关K₂₀、微处理机芯片IC₂₈、通讯收发器IC₂₇、锁存器IC₂₉、随机存贮器IC₃₀、电可擦除只读存贮器IC₃₁、驱动器IC₃₂、备用电池E₂、二极管D₁₂和D₁₃、三极管T₁₄和T₁₅、比较器IC₃₃等组成存贮读写卡(电卡)，或直接采用磁卡读写器如STC₆00，磁卡阅读器如STC400等构成系统磁(电)卡读写电路，通过器卡的SER接口和单片机的对应接口连接。图10-2所示为单片机控制电路由TTL电平接口，通过译码器IC₅输出控制信号Y5，选通1320解码驱动电路，经IC₉并行数据接口的PC₂口(16)和1320解码电路交换数据，驱动1320磁卡读头(阅读器)工作，读取磁卡上有用数据送往单片机处理运作。图10-3、4为单片机控制电路通过异步通讯口SER2口，直接和磁卡读写器如STC600或磁卡阅读器如STC400相接，读取或读写磁卡数据，送往单片机处理运作，图10-1存贮读写卡(电卡)电路采用电擦除EPROM只读存贮器IC₃₁，既可使写入的数据具不挥发性，在线路上又可对其进行重写，价格便宜，安全可靠，在该电卡中它除用作程序存贮器外，其主要用途是它亦象图10-2、3、4电路所用磁卡一样，写入了诸如煤气公司等管理部门或水电管理部门管理要求的各项参数，供煤气(汽、水、电)表使用所需。随机存贮器IC₃₀存处中间数据，无电源供电或脱机时它的数据和单片机IC₂₈中的参数由锂电池E2保持。诚然亦可仅用IC₃₀的RAM，取代和省去EPROM，价格可便宜不少，但安全可靠性能差得多。然而电卡本身虽较磁卡贵一些，却可重复使用，每片E²PROM可擦/写一万次以上，可保证用户长期可靠地重复使用，则久用可得到平衡，更主要的是取代了较贵的磁卡读头，或磁卡阅读器及磁卡读写器等配套设备，大幅度降低了整机成本，从而可满足某些用户或地区的目标要求，适用面广。但是E²PROM的读写操作、片擦除、字节写操作和字节擦除所用的地址控制电路情况相同外，各有不同要求。读操作仍象一般ROM那样在标准5VTTL电平下进行；片擦除则需 OE加上9V到15V，Vpp脚加上21V脉冲；字节擦除和字节写入时也须在Vpp脚加上21V脉冲。由三极管T₁₄、T₁₅，二极管D₁₃，电阻R₆₉—R₇₅，电容C₂₉，驱动器IC_32-1、2，比较器IC_33-1、2构成E²PROM的电擦除与写入电路，它根据单片机IC₂₈的读写命令 RD和 WR，P4_3-7口的擦写控制信号，分别实现读写和擦除操作。读数据时， RD和P_4-5、6送出低电平信号，P_4-5低电平信号经驱动器IC32-2送至T₁₄基极，使T₁₄截止，RD低电平经驱动器IC_32-1送至IC₃₁的 OE脚，而P_4-6低电平将T15基极拉低使T₁₅截止，比较器IC₃₃输出4至6V电压至IC₃₁的Vpp，将IC₃₁的数据读出；片擦除时 RD输出高电平，R_4-5也输出高电平脉冲经IC_32-2驱动T₁₄导通，+24V电压经R₇₀和T₁₄送至点或点和IC₃₁ OE脚，使其升至9V到15V，P_4-6输出高电平使T₁₅导通，通过R₇₃、74，C₂₉延迟使比较器IC₃₃输出端电压成指数形式上升到21V，送到IC31Vpp脚，数据输入引脚均为TTL高电平，IC₃₁的CE和Vpp处于正常写模式，即将整片数据全部擦除，字节写操作和字节擦除时，将数据按地址送至IC₃₁各数据输人脚， RD为高电平，P_4-5为低电平，P_4-6输出高电平使IC₃₁的Vpp电压上升到21V，就可写入该字节数据或擦除该字节(写入全“1”即FF)。其它电路原理和单片机控制电路的对应电路相同，K20用于手动复位启动，SER异步通讯口和主机对应接口SER2口相联交换数据，实现和磁卡类似的功用。

如图11和图12所示，电源I和电源II由变压器B1和B2、二极管或硅堆D₁₄—D₂₉、电容C₃₀—C₄₁、三端稳压器芯片IC₃₄—IC₃₇等组成，为整个装置提供+5V、+12V、+24V电源，其中电源II单独为安全报警系统提供+5V直流电源。图13反映整个装置的控制运行流程。

在图2中，由三极管T₁、电阻R₁、电容C₁构成系统复位启动电路，T₁的输入接点RET与复位启动键相连。由备用锂电池E₁、二极管D₁、电容C₉和C₁₀、限流电阻R₁₁构成单片机控制电路的掉电保护电路，用以在电源断电保存数据存贮器IC₆和单片机IC₁中的高速缓冲存贮器中的数据参数。

本装置中的另一处掉电保护电路在如图10-1所示的电卡读写电路中，是由备用锂电池E₂、二极管D₁₂、电容C₂₇和C₂₈、限流电阻R₆₈等构成，用以在未使用时或电源断电时保存数据存贮器IC₃₀和单片机IC₂₈中高速缓冲存贮器中的数据参数。

本发明的装置一般和现有煤气(汽、水、电)表联用，接于现有表之后、执行机构之前，但其控制功能电路有部分接到总阀和总闸。

本发明以单片机控制电路(图2)为核心，集电磁卡读写、存贮处理、计算处理、数据采集、键阵扫描、报警信息收录、汇总分析、判别核算、数据与时钟显示、控制执行、语音报警生成控制与播出、联网通讯等各功能接口于一体，自备电源，具有掉电保护和系统复位启动的能力。既可通过该电路PC₂口(16)，以TTL电平驱动磁卡读头的解码电路[图10(2)]由磁卡读头直接阅读用户磁卡上的数据参数，又可通过其SER2口的异步通讯功能直接由磁卡阅读器[图10(4)]或磁卡读写器[图10(3)]或电存贮读写卡[图10(1)](电卡)读写用户电磁卡上的数据参数，通过调用程序存贮器IC₃₁中的软件功能对用户卡的数据参数进行计算存贮处理，结果分别存于数据存贮器IC₃₀中。单片机控制电路通过PA1口0-3(11)和PB1口0-3(12-1)随时接收键阵扫描电路(图4)各功能键的命令，既可通过T₁、R₁、C₁构成的启动复位电路进行冷复位启动，又可完成各键的其它功能操作。系统启动工作后，用户可以使用煤气(汽、水、电)负载，使用量通过单路或四路数据采集电路(见图8)采集并直接送往单片机控制电路的P04-7口的1或1、2、3、4接点，系统根据软件程序的命令对使用量进行汇总分析，判别核算，按不同结果和要求进行相应操作处理，该系统一般可以是单一的卡式煤气表，或卡式汽表、水表、电度表、也可以是二位、三位或四位一体的综合型卡式智能表，软件程序可圆满实现实时多任务处理，而保证数据采集和处理准确无误。安全报警系统电路(图7)全天候随时处于警戒和警讯数据采集，除自身发出警报外，还实时将警讯数据通过IC₂₃的P₃口送往单片机控制电路IC₁的P₃口数据总线，供主机适时作出相应存贮、发送、执行操作处理。显然，系统的主要数据信息参数来源，已由以上电磁卡，负载数据采集、键阵按键和警讯传送获取，还可通过图9所示联网通讯系统电路将控制中心的命令、信息和参数由SER1口送至单片机控制电路，或将系统的数据信息参数送往控制中心，单片机控制电路按软件程序命令对获取的数据信息参数进行多任务实时处理，实现各项功能要求。实时时钟、各种数据处理结果按用户实时要求通过单片机控制电路PC₁口(13)送往语音警报发生器及音响控制驱动电路(图6)，通过PA₂口(14)和PB₂口(15)送往数据及时钟显示电路(图3)，及时播出有关警报、汉语、英语、或汉英兼有的语音告示和警报声，显示屏适时显示用户希望显示的各项数据信息参数或数据处理结果。同时，据系统运行的实际需要，单片机控制电路通过PB₁口4-7(12-2)口将控制执行要求直接送到四路控制机构驱动电路(图5)，控制执行开启或关闭总气阀，或水阀、汽阀、或总电闸，或开启和关闭灶前气阀等具体操作。电源I电路(图11)和电源II电路(图12)供给系统交直流稳压电源，其中电源II是单独供给LW999安全警报系统全天侯不间断电源用。图13为系统有关煤气用户使用功能主控简明流程图，描述了每次使用中可能遇到的主要工况处理流程。显然，系统可圆满地胜任煤气(汽、水、电)表在负载工作状况，依卡用煤气(汽、水、电)、和安全节能自控。

Claims (6)

1、一种卡式微电脑安全自控煤气表，其特征在于它是由数据采集电路、单片机控制电路、显示电路、安全报警系统、控制机构、用户卡读写电路、键盘电路、语音警报器、掉电保护电路和电源电路构成，单片机控制电路是其它各电路的连接中心和控制中心，其中数据采集电路可设置多路，每一路均由传感器电路和单稳电路构成；单片机控制电路控制其它各电路完成各自的功能，它包括单片机、地址锁存器、数据存贮器、程序存贮器、译码驱动器、数据接口、复位启动电路、掉电保护电路、收发器电路、单稳延时电路和振荡器，并完成计量、计费、收费、控制用量和时间及报警控制功能；用于显示数据、提示信息和时钟的显示电路由显示驱动器和显示器构成，显示器可采用数码显示器或字符式液晶显示器；安全报警系统是一个可长时间独立或联机工作的装置，它包括传感器电路、警报发生器、逻辑判别组合电路、电源电路、音乐电路、扬声器和线圈，安全报警系统完成多种安全信号监控及异常状况报警；控制机构可设置多路，每一路均由驱动器和电磁开关构成，自动完成对煤气阀门或其它类阀门以及电闸的开启和关闭控制；用户卡可采用电卡或磁卡，用户卡读写电路完成对用户卡所储存的数据的读取或由单片机控制电路控制将数据写入用户卡；语音警报器由语音生成电路、警报发生器和音响驱动控制电路构成，单片机控制电路接收到安全报警系统提供的报警信号后，控制语音警报器进行语音和警报声报警；掉电保护电路中包括备用直流电池，用以对单片机控制电路和用户卡读写电路断电时保存这两个电路中数据存贮器中的必要数据；电源电路向其它各电路提供所需直流电源。

2、根据权利要求1所述的卡式微电脑安全自控煤气表，其特征在于它还包括一个可与控制中心相联的联网通讯电路，该电路由单片机控制电路的收发器电路的串行通讯口输入数据，通过由无线智能调制解调器和无线发送接收器构成的电路，或是与电话线相连的调制解调器，与控制中心相应的接口电路相对应，构成无线联网或电话线联网。

3、根据权利要求1所述的卡式微电脑安全自控煤气表，其特征在于所述的数据采集电路与煤气表相连配合使用，也可与电度表相连配合使用以完成电表自控，与水表相连配合使用以完成水表自控，数据采集电路还可直接采用气、水、汽用流量计和电能检测计。

4、根据权利要求1所述的卡式微电脑安全自控煤气表，其特征在于安全报警系统中的传感器电路可采用可燃性气体探测器、缺氧探测器、烟雾探测器、火警探测器、非法用电或触电漏电探测器、超温热敏探测器等，还可采用门磁、振动、压力、玻璃破碎、微敏、红外等防窃探测器。

5、根据权利要求1所述的卡式微电脑安全自控煤气表，其特征在于所述的控制机构中的电磁开关可采用继电器，并与煤气阀门相连，也可与汽阀、水阀或电闸相连。

6、根据权利要求1所述的卡式微电脑安全自控煤气表，其特征在于所述的用户卡读写电路中的磁卡读写电路，可间接或直接通过磁卡读写头读写磁卡；而电卡读写电路则可间接或直接读取或擦写属非挥发性存贮器的电卡。

Images