CN1724981A - 一种电子式家用燃气表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子式家用燃气表，其外壳上设有显示面板，外壳内设有控制电路和通气管道，所述通气管道的两端设有进气接头和出气接头，中间设有传感器，所述的传感器为热式流量传感器，所述的控制电路包括恒流源、放大模块、A/D转换模块、数据处理模块、输出模块、显示器和输入模块。本发明的家用燃气表，其机械结构及制造工艺非常简单，体积要小得多，制造成本大大降低。同时，由于电子线路的多样性和强大功能，使得本发明的实现方式很多，可以满足各种量程种的需要，确保测量精度，尤其可提高小量程测量的灵敏度，而且响应速度快，功耗低，接近零始动测量；同时可以实现多种附加功能。

Description

一种电子式家用燃气表

技术领域

本发明涉及一种家用燃气表，具体地说是一种电子式家用燃气表。

背景技术

目前，公知的家用燃气表有IC卡燃气表、膜式燃气表、直读燃气表、远传燃气表、IC卡家用膜式燃气表几种，这几种燃气表都是利用膜式原理，由机械式的计量构造的，通过光电或霍尔元件将燃气的流量转换为电信号输入单机片进行计量。参照图1，它的外壳34内具有腔体35和两个容积基本相同的标准气囊36、38以及一个气囊盖33，主气道31通过阀门32与所述的腔体35联通，所述的气囊盖33轴接在所述标准气囊36、38上方，其上设有一个进气口41使所述腔体35与所述两个标准气囊36、38择一导通；所述两个标准气囊36、38上分别通过门37、29与内管40联通，所述内管40连接到用户气管42；机械式计数器44通过轮系43与所述的气囊盖33连动。上述膜式家用燃气表的工作原理是：气体从主气道21通过阀门32进入家用燃气表腔体35后，通过气囊盖上的进气口41进入其中的一个气囊，例如左气囊38，此时，左气囊上的左气门39关闭；当左气囊38充满气体后，气囊盖33在气压的作用下产生旋转从而使其上的进气口41转而与右气囊36导通，左气囊38上的气门39打开与所述内管40导通，气体通过内管40流入到用户气管42。与此同时，腔体35内的气体通过进气口41进入到右气囊36，此时，右气囊上的右气门37关闭；当右气囊36充满气体后，气囊盖33在气压的作用下产生旋转从而使其上的进气口41转而与左气囊38导通，右气囊36上的气门37打开与所述内管40导通，气体通过内管40流入到用户气管42。……，如此循环往复，左、右气囊交替进行充气和输气，由于在输气时，该气囊与家用燃气表的腔体是隔离的，因而保证每次输出气体的体积均为气囊的容积。每完成一个切换动作，气囊盖33的旋转带动轮系转动，驱动机械计数器44的转盘转动一次，通过计算气囊切换的次数与标准气囊的容积的乘积确定输出气体的容量。上述机械式燃气表的零部件甚多，机械结构非常复杂，制造工艺难度很大，制造成本相对较高。并且，由于机械构造的局限，使得传统的机械式燃气表对微小流量反应不灵敏，影响了测量的精度。另外，传统的机械式煤气表体积较大，兼容性较差，给用户和燃气公司的安装和测量造成不便。

发明内容

本发明要解决的是现有的家用燃气表存在的上述问题，提供一种新颖的电子式家用燃气表，旨在简化产品结构，提高测量精度，降低制造成本，减小产品体积。解决上述问题采用的技术方案是：一种电子式家用燃气表，包括外壳，所述外壳上设有显示面板，外壳内设有控制电路和通气管道，所述通气管道的两端设有进气接头和出气接头，中间设有传感器，所述的传感器为热式流量传感器，所述的控制电路包括：

＿＿给所述热式流量传感器的加热丝提供稳定电流的恒流源；

＿＿对所述传感器输出的模拟电压差信号进行放大的放大模块；

＿＿采样所述放大后的信号并将其转化成数字信号的A/D转换模块；

＿＿对A/D转换模块转化好的数据进行运算和存储、同时接收输入模块的控制信号进行处理后输出显示和/或控制信号的数据处理模块；

＿＿接收数据处理模块输出的显示和/或控制信号，给输出设备提供输出接口的输出模块；

＿＿将输出模块输出的信号转化为流量以及相关参数的显示器；

＿＿给输入设备提供输入接口的输入模块。

本发明的电子式家用燃气表，采用热式流量传感器，通过电子控制线路将传感器输出的模拟电压差信号进行放大、A/D转换、运算存储及输出等一系列处理后，最后通过显示器读出。因而与传统的机械式家用燃气表相比，本发明的家用燃气表，其机械结构及制造工艺非常简单，体积要小得多，制造成本大大降低。同时，由于电子线路的多样性和强大功能，使得本发明的实现方式很多，不仅每个功能模块可以采用不同的电路来实现，而且，两个或者多个相邻的功能模块之间也可以结合起来用一个成熟的多功能模块来实现。并且，通过接入不同的输入设备，或者输出到不同的输出设备，或者通过控制模块输出给不同的执行元件，可以满足各种量程种的需要，确保测量精度，尤其可提高小量程测量的灵敏度，而且响应速度快，功耗低，接近零始动测量；同时可以实现多种附加功能，如报警功能，IC卡的读卡功能，红外读表功能，电磁阀控制送气功能等。

本发明的电子式家用燃气表，可适用于煤气和天然气。

众所周知，随着中国的天然气应用进入了一个高峰期，继“西气东输”后，“俄气南送”、“川气出川”、“南气上岸”和“东气东送”工程都相继开工，为天然气表的发展提供广阔的市场。目前，西气东输东段一直保持安全平稳运行，已经向豫、皖、苏、浙、沪四省一市20家用户供气，累计供气量突破5亿立方米。也可预测，不久中国内陆各个省份都会用上天然气，天然气也将取代煤气进入千家万户。

公知的膜式家用天然气表，单价为350元，成本高；测量误差在1.5％至3％之间；且有兼容性差、易受攻击性、系统安全性不高、成本高、体积大、使用不方便、产品寿命短等等不足。同时从某种意义上说，准确的流量计量，直接关系到中国目前正在重点进行的“西气东输”工程建设的成功，也直接关系到居民和燃气公司的利益。

本发明的电子式家用燃气表，是一种微机电热式家用燃气表，能精确测量燃气流量。该燃气表是由全电子式的计量机构组成，通过热式质量流量传感器将燃气的流量转换为电压信号，输入单片机进行计量。该燃气表不仅能测出微小流量，而且响应速度快、灵敏度高、功耗低、量程范围宽、接近零始动测量、体积小、外观美观等性能。

在未来2年中，家用燃气表的用量就将会增加约30万台，以目前皮膜式家用燃气表综合单价350元/台计算，将有1亿500万元人民币的市场容量。并且，随着产量的增加，其价格也会比传统的机械表便宜得多。同时，随着“西气东输”、“俄气南送”、“川气出川”、“南气上岸”和“东气东送”等一等系列工程都相继竣工，家用天然气表的市场容量将迅速扩大，其商业前景不可限量。

作为本发明的进一步改进，所述的输出模块设有红外输出接口，一个红外发射和接收模块连接到所述的红外输出接口。这样，燃气公司可通过红外读表器从该红外输出接口读取用户的燃气用量，提高了读表的精确度，可避免手工抄表可能造成的人为误差和差错，而且还有利于燃气公司对数据进行存储、处理及管理。

作为本发明再进一步的改进，所述的数据处理模块的输出端还设有将所述数据处理模块输出的控制信号转化为控制指令的控制模块。所述的控制模块的输出端设有报警装置和/或电磁阀接口。所述的报警装置可以为蜂鸣器电路。当用户的燃气用量超标，或者家用燃气表的电池低于设定值时，蜂鸣器发出报警声，提示用户尽快购买新的燃气用量，或者更换新的电池。

所述的控制模块还可以设有一个电磁阀的驱动电路，所述的通气管道内设有电磁阀。当用户的燃气用量超出其购买量时，控制模块输出控制信号，通过驱动电路驱使电磁阀关闭通气管道。

作为本发明再进一步的改进，所述的输入模块至少设有键盘接口。通过键盘可输入各种参数，如量程、显示类型等。所述的输入模块还设有基准电池电量输入接口和/或IC卡阅读器接口。基准电池电量输入接口可提供给本发明的家用燃气表一个基准电池电量值，当家用燃气表的电池低于该基准电池电量值时，电路会产生报警。IC卡阅读器接口可用于IC卡的刷卡，用户将购买的燃气量存入该IC卡内，将IC卡在阅读器接口处刷卡后，该购买的燃气量被读入表内。当用户的燃气用量接近该购买的燃气量时，电路会发出报警，完全用完后电磁阀自动关闭通气管道。直到用户再次购买新的燃气量并刷卡，数据处理模块将处理后的结果通过控制模块及驱动电路控制电磁阀动作，重新打开通气管道。

作为本发明再进一步的改进，所述的传感器与放大模块之间还设有预处理模块。所述的预处理模块包括两个跟随器，可以对传感器输出的信号进行简单处理，以提高电路的抗干扰能力。

作为本发明的更进一步的改进，所述的传感器通过高温屏蔽线与控制电路连接。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是现有的机械式燃气表的结构示意图。

图2是本发明的电子式家用燃气表的机械结构示意图。

图3是本发明电子式家用燃气表的电路框图。

图4是本发明电子式家用燃气表的电路图。

图5是本发明电子式家用燃气表的传感器的电路图。

图6是本发明电子式家用燃气表的恒流源的电路图。

图7是本发明电子式家用燃气表的包含放大模块、A/D转换模块、数据处理模块、输出模块和控制模块的CPU单元的电路图。

图8是本发明电子式家用燃气表的显示器的电路图。

图9是本发明电子式家用燃气表的红外发射和接收模块的电路图。

图10是本发明电子式家用燃气表的键盘接口的电路图。

图11是本发明电子式家用燃气表的内部键模块的电路图。

图12是本发明电子式家用燃气表的基准电池电量输入接口的电路图。

图13是本发明电子式家用燃气表的IC卡阅读器接口的电路图。

图14是本发明电子式家用燃气表的蜂鸣器电路的电路图。

图15是本发明电子式家用燃气表的电磁阀驱动电路的电路图。

图16是本发明电子式家用燃气表的预处理模块的电路图。

图17是本发明电子式家用燃气表的电源模块的电路图。

图18是本发明电子式家用燃气表的编程接口模块的电路图。

具体实施方式

图1所示是现有的机械式家用燃气表的结构示意图，其缺陷前面已经描述过，在此不再赘述。

参照图2，本发明的电子式家用燃气表，包括外壳1和后盖2，所述外壳1的表面设有显示面板25，在显示面板25的下方设有用户IC卡的插入口，其上设有IC卡盖3；控制电路的主机板4通过螺钉24固定在外壳1内表面。在外壳1和后盖2之间设有依次连通的进气接头5、电磁阀9、主气管6、测试管7和出气接头8，上述各部件之间的通道为通气管道26；在各部件之间的连接处均设有密封圈11；通过所述的测试管7的安装孔插入热式流量传感器A，使传感面正对通气管道26的进气方向。所述的热式流量传感器A，其结构可以是任何一种制式结构，例如中国专利CN1040577C说明书所公开的一种集成硅膜热流量传感器，或者中国专利CN1077283C说明书所公开的一种微细加工的热式流量传感器，其结构详见相关的说明书全文。

在后盖2的下方设有电池盒12，所述的电池盒12与后盖2轨道连接，其上设有电池盒盖19，所述电池盒盖19通过螺母22固定在后盖2上。所述电池盒12的前端设有包括一个卡扣弹簧13和一个卡扣手柄14的卡扣机构13。更换电池16时，将电池盒12沿后盖2上的轨道向外拉出，推动卡扣手柄14，卡扣弹簧13将电池16弹出即可。

参照图3，所述的控制电路包括：

给所述热式流量传感器的加热丝提供稳定电流的恒流源B；

对所述传感器输出的模拟电压差信号进行放大的放大模块C；

采样所述放大后的信号并将其转化成数字信号的A/D转换模块D；

＿＿对A/D转换模块D转化好的数据进行运算和存储、同时接收输入模块H的控制信号进行处理后输出显示和/或控制信号的数据处理模块E；

＿＿接收数据处理模块E输出的显示和/或控制信号，给输出设备提供输出接口的输出模块F；

＿＿将输出模块F输出的信号转化为流量以及相关参数的显示器G.1；

＿＿给输入设备提供输入接口的输入模块H。

所述的输出模块F设有红外输出接口，一个红外发射和接收模块G.2连接到所述的红外输出接口。

所述的数据处理模块E的输出端还设有将所述数据处理模块E输出的控制信号转化为控制指令的控制模块J。

所述的控制模块J的输出端设有报警装置K.1和电磁阀接口。

所述的报警装置为蜂鸣器电路。

所述的控制模块J还设有一个电磁阀的驱动电路K.2。

所述的输入模块H设有键盘I.1接口、基准电池电量输入接口I.2和IC卡阅读器I.3接口。

所述的传感器A与放大模块C之间还设有预处理模块M。

参照图4，电源模块P由集成块U3和部分边缘电容组成，通过电池提供的电源，传换成稳定可靠的3.3V电源，提供电路中的部分模块，如CPU，预处理模块等。

传感器A内部分别由热感应堆TP1，TP2和加热堆HEATER构成，通过高温屏蔽导线与主板的连接键J3相连。

恒流源B由升压片DW和稳流片U7以及部分外围电容电阻组成，将6V的电源通过升压稳流，从U7的2、6端口连接到接插件J3的5、6脚，与传感器A的HEATER两端相连，提供4mA的恒定电流，使传感器A的加热堆HEATER产生一个非常恒定的温度。

预处理模块M由集成芯片U1以及部分外围电阻电容组成，其中U1内部包含2组独立功放，通过分别短接其中的1、2脚和6、7脚形成2个跟随器，5脚与连接件J3的1脚连接，与传感器A中的TP1的1端相连，3脚与连接起件J3的4脚连接，与传感器A中TP2的2端相连。输出的信号分别以7脚、1脚通过电阻R20、R21连接到CPU的2脚和3脚。

电路的中心部件CPU是采用了目前先进的低功耗仪表专用处理芯片MSP430，集成了放大模块C，AD转换模块D，数据处理模块E，输出模块F，输入模块H，控制模块J等部件。

液晶显示屏G.1中的22只管脚分别与CPU的12～29和36～39连接，CPU内通过数据处理模块D处理完后通过输出模块F来驱动显示屏G.1。

红外输出口G.2主要有一个红外发射管和红外接收管组成，通过CPU的59、60管脚连接传送红外信号。

I.0部分是按装在主板上的内部按扭，其中2个是简单设置按扭，还一个为防拆开关。分别与CPU的45、61、46管脚连接。

I.1为外置键盘接口，连接与CPU的6脚。

其中I.2部分中的V点为电池电量检测点，与CPU的4脚连接，CPU通过与正常供电的电压量做比较来判断电源的可用量。

IC卡阅读器I.3的引脚分别连接与CPU的49～53脚，CPU通过此模块读取IC卡中的购气量等信息。

报警装置K.1由蜂鸣器和三极管组成，通过电阻R11与CPU的11脚连接，由CPU来控制蜂鸣器报警声音的开和关。

电池阀控制模块K.26个三极管和部分电阻二极管组成，与CPU的47、48连接，通过J2的1、2脚与电磁阀连接。CPU通过47、48脚输出不同的高底电平，通过此控制模块，给电磁阀提供相应的正反电源，电磁阀因为提供的电源而做出打开或关闭动作。

参照图5-图18，整个电路由4节5号电池供电，电源模块P提供3.3V电源给部分模块。恒流源B给传感器A的HEATER提供4mA的恒定电流，传感器A的HEATER发出非常稳定的热源。因管道内的气流移动改变了此热源的热分布情况，传感器A中的TP1和TP2两组热感应堆会产生一定的电压变动，传感器A中的TP1和TP2的电压信号分别送到预处理模块中的U1中，对传感器A的信号做去干扰稳定，再输出到CPU的2、3脚，CPU中的放大模块C把此信号做放大处理后，输送给A/D转换模块D。A/D转换模块D把放大后的信号转换为数据信号。数据处理模块E把此数据信号做转换，计算，存储等运算。计算成流量信号后输送到输出模块F，输出模块把此信息给液晶显示屏G.1显示并也可通过红外接口G.2把此数据发送给红外取表器。

I.0中，通过设置和翻页键可对仪表内少量参数设定，防拆开关安装在电路主板上，紧贴与仪表外壳，当出现电路板被拆卸的状况，管道中的电磁阀9会立即关闭，断开气源。

外置键盘通过键盘接口I.1与CPU的管脚连接，可针对仪表内所有参数调整和设置。包括仪表自身的检查，直接对电磁阀的控制，IC卡的读取等。

CPU通过电池电压检测点I.2中所提供的电压与内部所设置的电压值和下限电压值做比较，当此检测点上的电压值小于设置的电压值并大于下限电压值时，CPU通过控制模块J给报警装置K.1发出报警信号，并在显示屏G.1上提示，以便提醒用户更换电池。当此电位值达到下限电压值或完全无电压时，电磁阀控制器使用内部备用电池关闭电磁阀门。并关闭整个仪表的工作。

IC卡通过IC卡读卡模块I.3把IC卡的购气信息读如CPU，CPU把此气量累加到以前的剩余量，并把卡中的信息清除。当CPU内所存储的燃气剩余量数值少到一定数量后，CPU内的控制模块J会给报警装置K.1信号，报警装置K.1会发出报警声音，以提醒用户购买燃气。当剩余的燃气量值完全用完后，CPU内的控制模块J会给电磁阀控制模块K.2提供一个关闭信息，电磁阀9关上阀门，断开供气。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种电子式家用燃气表，包括外壳(10)，所述外壳(1)上设有显示面板(25)，外壳(1)内设有控制电路和通气管道(26)，所述通气管道(26)的两端设有进气接头(5)和出气接头(8)，中间设有传感器(A)，其特征在于所述的传感器为热式流量传感器，所述的控制电路包括：

＿＿给所述热式流量传感器的加热丝提供稳定电流的恒流源(B)；

＿＿对所述传感器输出的模拟电压差信号进行放大的放大模块(C)；

＿＿采样所述放大后的信号并将其转化成数字信号的A/D转换模块(D)；

＿＿对A/D转换模块(D)转化好的数据进行运算和存储、同时接收输入模块(H)的控制信号进行处理后输出显示和/或控制信号的数据处理模块(E)；

＿＿接收数据处理模块(E)输出的显示和/或控制信号，给输出设备提供输出接口的输出模块(F)；

＿＿将输出模块(F)输出的信号转化为流量以及相关参数的显示器(G.1)；

＿＿给输入设备提供输入接口的输入模块(H)。

2、如权利要求1所述的一种电子式家用燃气表，其特征在于所述的输出模块(F)设有红外输出接口，一个红外发射和接收模块(G.2)连接到所述的红外输出接口。

3、如权利要求1所述的一种电子式家用燃气表，其特征在于所述的数据处理模块(E)的输出端还设有将所述数据处理模块(E)输出的控制信号转化为控制指令的控制模块(J)。

4、如权利要求3所述的一种电子式家用燃气表，其特征在于所述的控制模块(J)的输出端设有报警装置和/或电磁阀接口。

5、如权利要求4所述的一种电子式家用燃气表，其特征在于所述的报警装置为蜂鸣器电路。

6、如权利要求4所述的一种电子式家用燃气表，其特征在于所述的控制模块(J)还设有一个电磁阀的驱动电路(K.1)，所述的通气管道(26)内设有电磁阀(9)。

7、如权利要求1所述的一种电子式家用燃气表，其特征在于所述的输入模块(H)至少设有键盘(I.1)接口。

8、如权利要求7所述的一种电子式家用燃气表，其特征在于所述的输入模块(H)还设有基准电池电量输入接口(I.2)和/或IC卡阅读器(I.3)接口。

9、如权利要求1所述的一种电子式家用燃气表，其特征在于所述的传感器(A)与放大模块(C)之间还设有预处理模块(M)。

10、如权利要求1所述的一种电子式家用燃气表，其特征在于所述的传感器(A)通过高温屏蔽线与控制电路连接。

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