CN201503611U - 双模智能燃气表 - Google Patents

Abstract

一种双模智能燃气表，属于仪表领域，包括电源电路、微处理控制电路、流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、液晶显示器电路、掉电检测电路、IC卡功能电路和用于插卡的卡座，微处理控制电路分别与流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、液晶显示器、掉电检测电路和IC卡功能电路连接，插卡时卡座对微处理控制电路发出插卡信号，电源电路分别与微处理控制电路、流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、IC卡功能电路、液晶显示器和掉电检测电路连接。

Description

双模智能燃气表

技术领域

本实用新型属于测量连续通过仪表的液体的流量仪表，具体的说涉及一种测量燃气用的无线智能燃气表。

背景技术

传统的燃气表需要燃气部门工作人员入户抄表，给用户带来诸多不便，人为的原因同样出现抄表错误的现象，另外，传统的燃气表不利于燃气部门的数据统计。随着电子技术的发展，对于燃气的计量逐步用数字显示燃气表代替机械式燃气表，目前市场上有IC卡燃气表和无线远传燃气表。IC卡燃气表安装在户内，是预付费燃气表，能解决运营商收费问题，但是用户用气情况燃气运营商无法及时了解，也无法及时巡检，可能会造成用户失控状况。无线远传燃气表运营商能随时了解用户用气状况，及时巡检方便，比较方便撑控用户的用气状况，但是无线远传燃气表是后付费的，燃气运营商收费滞后，影响现金流动及燃气公司的运营。综上不论是IC卡燃气表还是无线远传燃气表，功能较单一，无法有效的满足燃气运营企业的现实需求。

发明内容

本实用新型的目的就在于提供一种双模智能燃气表，该智能燃气表不仅具有自动计量而且具有防磁干扰窃气、无线抄表、掉电检测功能，还具有IC卡充值预付费功能。

本实用新型的目的可通过以下技术方案来实现：

一种双模智能燃气表，包括电源电路、微处理控制电路、流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、液晶显示器电路、掉电检测电路、IC卡功能电路和用于插卡的卡座，微处理控制电路分别与流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、液晶显示器、掉电检测电路和IC卡功能电路连接，插卡时卡座对微处理控制电路发出插卡信号，电源电路分别与微处理控制电路、流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、IC卡功能电路、液晶显示器和掉电检测电路连接。

上述双模智能燃气表，所述微处理控制电路主要包括MSP430F417超低功耗单片机微处理器，所述的流量脉冲采集电路包括干簧管和计数轮上的磁铁，干簧管一端接地，另一端通过上拉与MSP430F417的45管脚相连，电机阀驱动电路与单片机的33、34管脚相连，无线数传电路与单片机的50、53管脚相连，窃气报警电路连接在单片机的44、2管脚上，防窃气采用干簧管，其一端接地另一端通过电阻与单片机的44脚相连，报警采用蜂鸣器，IC卡功能电路连接在单片机的30、31、32、51、52上，液晶显示器电路是MSP430F417单片机的内部段式LCD控制器。

上述双模智能燃气表，所述无线数传电路包括天线收发电路和天线，天线与天线收发电路连接。

上述双模智能燃气表，所述掉电检测电路与单片机的48脚相连。

上述双模智能燃气表，所述的窃气报警包括窃气电路和报警电路，窃气电路包括干簧管、电阻，干簧管的一端接地另一端通过电阻与单片机的44脚相连，报警电路主要由蜂鸣器BUZZ、NPN三极管VT8和电阻R26，蜂鸣器BUZZ的正极接电池的正端，另一端接三极管VT8的集电极，三极管的发射极接地，基极通过电阻R26与单片机的2管脚相连。

可以通过手持采集器或固定采集器采集到燃气表的数据，实现无线抄表，解决入户抄表的不便。从而使燃气运营商能及时掌握用户用气数据，提高巡检效率，有利于财务分析，提升燃气运营企业的管理水平，提升燃气运营企业赢利能力。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图；

图2是本实用新型电路原理示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种双模智能燃气表，包括电源电路、微处理控制电路、流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、液晶显示器电路、掉电检测电路、IC卡功能电路和用于插卡的卡座，微处理控制电路分别与流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、液晶显示器、掉电检测电路和IC卡功能电路连接，插卡时卡座对微处理控制电路发出插卡信号，电源电路分别与微处理控制电路、流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、IC卡功能电路、液晶显示器和掉电检测电路连接。

上述双模智能燃气表，所述的电源电路采用DC-DC稳压电路。

所述微处理控制电路主要由包括MSP430F417超低功耗单片机微处理器，所述的流量脉冲采集电路包括干簧管和计数轮上的磁铁，干簧管一端接地，另一端通过上拉与MSP430F417的45管脚相连。

所述的流量脉冲采集电路，主要是由干簧管、电阻完成，干簧管的一端接地，另一端通过上拉与单片机管脚相连，该管脚输入低电平作为一次计数，脉冲采集时利用计数轮上的磁铁与干簧管的吸合产生的低电平作为计数脉冲，低位计数轮转动一周，小磁铁吸合计数干簧管一次即产生一次计数，燃气流量通过流量脉冲采集电路以脉冲信号的形式传输给单片机存储起来。

电机阀驱动电路与单片机的33、34管脚相连，所述的电机阀门驱动电路主要有PNP三极管、NPN三极管、二极管、电容、法拉电容、电阻组成，接收到单片机的控制阀门命令便可实现相应的阀门动作，控制阀门的电平为高有效。NPN三极管VT4的集电极连接基表阀门的ON，同时与VT2的集电极、VD3的阳极、VD5的阴极相连，PNP三极管的VT1的集电极与基表阀门的OFF连接同时与VT5的集电极、VD4的阴极、VD6的阳极相连。开阀控制线与单片机的34管脚相连，当单片机34管脚输出为高时，由于8050NPN三极管的基极与发射极的导通电压为0.6V左右，单片机34脚的高电平满足使VT5、VT6的导通条件，因此VT2的基极为低电位，VT2导通，则高电平加到基表阀门的ON，低电平加到基表阀门的OFF端，阀门打开；当单片机的33管脚输出为高电平时，VT3、VT4导通，则与基表阀门相连的ON端为低电平，同时VT1也满足导通条件，高电平加在基表的OFF端，阀门关闭；另外法拉电容C21能在主板掉电后为阀门控制电路提供足够的电量来完成关阀，从而能在断电后能安全可靠的关闭阀门。

液晶显示器电路是MSP430F417单片机的内部段式LCD控制器。

无线数传电路与单片机的50、53管脚相连，无线数传模块采用3线同步串行SPI总线接口，采用单片机的4、5、6管脚，3作为CC1100的片选管脚，50，53与CC1100的GDO相连。所述的无线抄表功能主要采用了TI的CC1100芯片，电路采用的是CC1100技术资料推荐的典型电路，CC1100与单片机的通信采用SPI总线方式，并由单片机管脚3作为CC1100的片选，片选信号为低有效；CC1100工作在433MHz，传输速率为38.4khz。设置CC1100的GD00管脚功能为同步词汇被送出或收到时声明，在数据包末端时反声明，此管脚连接到单片机的53脚，并配置此管脚为普通IO口线，设置为下降沿中断，当CC1100接收到数据时，GDO0产生一个下降沿，进入中断服务程序设置cCommunication字节中的GDO0位，这样通信处理函数便得到执行，并根据接收到的数据中的控制字判断是唤醒指令，还是抄表指令并作相应处理。CC1100的GDO2被设置为清理信道评估，并与单片机的普通IO口线50管脚相连，设置此管脚为下降沿中断，当有同波段的频率到来时，便触发中断进入相应的中断服务程序，在此服务程序设置电磁波感应的次数为0，若CC1100出现死机状态，程序不能进入GDO2的中断服务程序，在主循环中能够重新配置CC1100使之进入正常状态。设置CC1100为电磁波激活模式，降低整机系统功耗。

窃气报警电路连接在单片机的44、2管脚上，窃气报警包括窃气电路和报警电路，窃气电路包括干簧管、电阻，干簧管的一端接地另一端通过电阻与单片机的44脚相连，报警电路主要由蜂鸣器BUZZ、NPN三极管VT8和电阻R26完成，蜂鸣器BUZZ的正极接电池的正端，另一端接三极管VT8的集电极，三极管的发射极接地，基极通过电阻R26与单片机的2管脚相连，当燃气表出现异常状况时，向单片机的2管脚输出高电平，此时三极管VT8导通，蜂鸣器BUZZ满足驱动条件，蜂鸣器发出‘嘀’的声音。其工作原理是：窃气干簧管的位置处于计数干簧管的外侧，当用户使用磁铁阻碍正常计数时，窃气干簧管首先闭合，产生一个低电平到单片机的44管脚，单片机检测到此信号，控制关闭阀门，重新上电或插卡即可开阀。

IC卡功能电路连接在单片机的30、31、32、51、52上，可通过软件编程实现IC卡阶梯气价功能、及实现IC卡气价的调整。通过上位机软件燃气管理系统制作IC卡时，设置计费模式位为1时选择阶梯气价调整功能，当计费模式位为0时取消阶梯气价调整功能，实行普通计费模式。阶梯气价的价格同样由管理系统制作的IC卡传入燃气表中，气价的设置可由燃气部门根据当时的气价水平设置。当用户把用户IC卡插入燃气表后，燃气表读取IC卡中的数据并存储在MSP430F417单片机的FLASH中，这样燃气表在计费时首先读取计费模式位到全局变量中，然后根据此位的值选择是否实行阶梯调价模式。若实行阶梯调价则读取阶梯调价的计费标准到全局变量中。若阶梯气价模式位为0，需要清空变量中的阶梯气价。由于阶梯气价需要时间来做度量，本实用新型采用时钟芯片PCF8563进行计时。阶梯气价表计量单位是“元”不是“m3”。阶梯气价就是指燃气公司规定用户在一定的时间内的用气量如超出规定的用气量将采用不同的计费单价方式。例如：规定用户在一个月内用气量小于50m3以下单价为1.95元/m3，超过50m3的用气量，计量单价为2.5元/m3。也既是用户在使用IC卡充值存入卡中的数据为钱数，用户在把IC卡插入燃气表中存入FLASH中的也是金钱数，要实现阶梯调价还需要有计时时钟，即表内应具有时钟/日历计时功能，以供记录用户当前或历史用气时间，当用户在规定时间内消费的气量小于规定值，按正常气价计量，计量公式为：正常气价*用户实际用气量；当用户在1个月的用气量超过了50方，则超过的50方气按照一个标准计费。计量公式为：总钱数＝实际用气量*正常气价+(实际用气量-50)*差价。本实用新型的无线阶梯气价调整功能弥补了以前的无线集中抄表无法进行阶梯气价调整的不足。在MSP430单片机的FLASH中开辟一个阶梯气价调整标志位字节，燃气表在进行计费前读取该标志位字节，为0说明该表实行普通计费模式，无阶梯气价调整设置；为1则进行阶梯气价调整设置，该设置是通过手持机数据采集器设备无线设置的，通过手持机数据采集器设置阶梯气价调整中的气价改变临界方数、小于临界方数的单价，高于临界方数的单价，燃气表接收到这些数据后存储到单片机的FLASH中，同时赋值给全局变量作为计费标准。存储在FLASH中的参数值能在系统掉电重新上电后读取。由于阶梯气价需要时间来做度量，本实用新型采用时钟芯片PCF8563进行计时。阶梯气价计费模式中，当用户在一个月内的用气量小于设置的临界方数则总消费金额为实际用气量*小于临界方数的单价；当用户在一个月内的用气量大于临界方数则总消费金额为临界方数*小于临界方数的单价+高于临界方数的单价*(实际消费方数-临界方数)；消费金额在用户无线抄表时返回。本实用新型具有的预存气量、预存金额可选功能是指本实用新型可以气量作为购买单位；同样本实用新型也能预存金额，这种预存金额的功能可以作为阶梯气价计费模式的支持。预存金额、预存气量统称为预付费。IC卡预付费功能指预购气量、预存金额，用户先付费后用气。通过IC卡传递数据，实现数据回读，包括：回读总气量，剩余气量，表内累积购气量等信息。随着“一户一表”的实行，燃气企业管理的燃气表数量急剧增加，安装预付费燃气表是燃气企业加强现代化管理，提高服务水平的一个最佳选择。预付费燃气表的使用亦避免人工抄表上门收费给客户带来的诸多不便，且历史购气数据均可以保存，便于客户查询。充分体现了燃气的商品属性。预付费燃气表表按照商品交换原则，实行先买气后用气，完全改革了传统的燃气费收取模式，充分体现了燃气的商品属性。客户可以根据自己的实际需要有计划地购气、用气，不会因欠费而发生滞纳金，增加不必要的开支。

IC卡电功能电路还具有大流量检测功能和长时间未使用关阀功能，所述的大流量检测功能是指，通过IC卡设置本设备所允许的最大流量，通过连续的监测设备使用3个完整的0.1方气，若在这三个0.1方中流量都超过了限定值则关阀，同时显示错误代码EE**；若没有监测到此条件则认为是正常流量。关阀后重插入用户卡即可开阀。所述的长时间未使用关阀是指用户超过设定时间没有使用设备，设备自动关闭阀门，同时显示EE**，关阀后根据情况由用户自行打开或使用燃气部门工作人员解锁卡打开阀门。具体多久未使用设备关阀可通过IC卡设置。

上述双模智能燃气表，所述无线数传电路包括天线收发电路和天线，天线与天线收发电路连接。

上述无线集抄智能燃气表，所述掉电检测电路与单片机48脚相连，具有掉电检测，低电量提示功能。掉电检测功能是通过检测单片机48脚实现的，两个3.3M欧姆的电阻分压+E。正常状态下此管脚为高电平，当电池电量低或者掉电，单片机进入中端服务程序保存数据、关闭阀门、显示电量阀门状态指示、并且设置看门狗，若不是真的掉电，看门狗复位重新执行程序，否则一直循环检测此管脚电量不断设置看门狗直到电量耗尽。同时通过设置单片机比较器来检测电池电压，电压低则液晶显示低电压指示，在主循环中检测到电压低显示电压低的同时控制阀门。

所述的电源电路主要使用RH5RL33AA电源模块，整个燃气表主板有两路电源供电，一路为无线模块供电、另一路为单片机和阀门电路供电。采用6v干电池供电，与单片机相连的47管脚用于检测电池存在，当拔掉电池，单片机检测到这一动作后利用C7中的电量作掉电处理。

本实用新型的工作原理是在电源供电完好的情况下，单片机进入工作待机状态，本实用新型在出厂前首先需要进行出厂设置，为本实用新型设定设备号，此号作为该设备的身份ID在无线抄表时使用。设备上电后，进行必要的初始化，显示总气量，显示剩余气量，控制阀门开、关。蜂鸣器’嘀’一声，设备启动成功。单片机每检测到一组流量脉冲信号点响应一次，计算出表内剩余气量和累计气量，存储数据到FLASH，更新液晶剩余气量显示。

当充值气量不足时，单片机便发出信号使蜂鸣器发出’嘀’声提示，液晶显示“气量不足”、“请充值”等字样。以提醒用户及时充值购气。当气量用尽时，单片机发出控制关阀命令。

由于设置有无线数传电路，燃气运营企业可以通过手持机数据采集器采集器或数据采集器采集设备数据，实现无线抄表，解决入户抄表的不便。该设备接收到手持机数据采集器发送过来的数据，校验通过后，根据相应的设备ID、控制字，采取不同的抄表方式抄表。

Claims (5)

1.一种双模智能燃气表，其特征在于：包括电源电路、微处理控制电路、流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、液晶显示器电路、掉电检测电路、IC卡功能电路和用于插卡的卡座，微处理控制电路分别与流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、液晶显示器、掉电检测电路和IC卡功能电路连接，插卡时卡座对微处理控制电路发出插卡信号，电源电路分别与微处理控制电路、流量脉冲采集电路、电机阀驱动电路、无线数传电路、窃气报警电路、IC卡功能电路、液晶显示器和掉电检测电路连接。

2.根据权利要求1所述的双模智能燃气表，其特征在于：所述微处理控制电路主要包括MSP430F417超低功耗单片机微处理器，所述的流量脉冲采集电路包括干簧管和计数轮上的磁铁，干簧管一端接地，另一端通过上拉与MSP430F417的45管脚相连，电机阀驱动电路与单片机的33、34管脚相连，无线数传电路与单片机的50、53管脚相连，窃气报警电路连接在单片机的44、2管脚上，防窃气采用干簧管，其一端接地另一端通过电阻与单片机的44脚相连，报警采用蜂鸣器，IC卡功能电路连接在单片机的30、31、32、51、52上，液晶显示器电路是MSP430F417单片机的内部段式LCD控制器。

3.根据权利要求2所述的双模智能燃气表，其特征在于：所述无线数传电路包括天线收发电路和天线，天线与天线收发电路连接。

4.根据权利要求3所述的双模智能燃气表，其特征在于：所述掉电检测电路与单片机的48脚相连。

5.根据权利要求4所述的双模智能燃气表，其特征在于：所述的窃气报警包括窃气电路和报警电路，窃气电路包括干簧管、电阻，干簧管的一端接地另一端通过电阻与单片机的44脚相连，报警电路主要由蜂鸣器BUZZ、NPN三极管VT8和电阻R26，蜂鸣器BUZZ的正极接电池的正端，另一端接三极管VT8的集电极，三极管的发射极接地，基极通过电阻R26与单片机的2管脚相连。

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