CN201867894U - 无源预付费燃气表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无源预付费燃气表，包括机芯、表壳、计量计数装置、外充值器和预付费控制机构，其特征在于，机芯、计量计数装置和预付费控制机构都设置在表壳内，外充值器独立设置，所述该预付费控制机构包括控制电路、驱动电机、主轴、离合装置、充值反馈装置、倒计数装置、阀门控制装置和阀门，所述各装置均固定在表壳或框架上并以齿轮啮合，离合装置的游动齿轮通过离合装置的控制处于分别与驱动齿轮、倒计数装置的输入齿轮啮合状态或分别与计量计数装置的输入齿轮、倒计数装置的输入齿轮啮合的两种状态，所述充值反馈装置与倒计数装置啮合传动连接，而阀门控制装置与倒计数装置同轴连接，阀门控制装置与阀门连接，计量计数装置与机芯以齿轮传动。该燃气表能够安全、可靠的完成燃气计量。

Description

无源预付费燃气表

技术领域

本实用新型涉及燃气表，尤其涉及一种无源预付费燃气表。 

背景技术

目前，进行燃气计量的燃气表仍以机械为主，但机械表作为传统的燃气表，在抄表/付费等环节上较为繁琐，不符合现代生活方便、高效、便捷的目标。基于以上需求，近几年来，IC卡智能燃气表有所发展。但是，对消费者来说，由于在IC卡燃气表中，需要电力驱动，必须设有电源和有源电路，对于易燃易爆的天然气等燃气来讲，使用电力驱动的IC卡燃气表具有极大的安全隐患。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是，提供一种无源预付费燃气表，能够安全、可靠的完成燃气计量。 

为此，本实用新型实施例采用如下技术方案： 

本实用新型提供一种无源预付费燃气表，包括机芯、表壳、计量计数装置、外充值器和预付费控制机构，机芯、计量计数装置和预付费控制机构都设置在表壳内，外充值器独立设置，所述预付费控制机构包括控制电路、驱动电机、主轴、离合装置、充值反馈装置、倒计数装置、阀门控制装置和阀门，所述各装置均固定在表壳或框架上并以齿轮啮合，离合装置的游动齿轮通过离合装置的控制处于分别与驱动齿轮、倒计数装置的输入齿轮啮合状态或分别与计量计数装置的输入齿轮、倒计数装置的输入齿轮啮合的两种状态，所述充值反馈装置与倒计数装置啮合传动连接，而阀门控制装置与倒计数装置同轴连接，阀门控制装置与阀门连接，计量计数装置与机芯以齿轮传动； 

该充值反馈装置包括光栅轮和光电检测器，该光栅轮与倒计数装置的输入轮同轴，该轮上设有以环形排列的等距小孔，光电检测器具有光源和光敏元件，固定在框架上，光源和光敏元件的位置分别与小孔的位置对应； 

所述控制电路包括：单片机以及电机驱动器；所述光电检测器与单片机相连；单片机与受该单片机控制的电机驱动器的输入端相连，电机驱动器的输出端连接所述驱动电机。 

所述光电检测器与单片机相连包括： 

所述光电检测器中光敏器件的正极通过第七电阻与第一电源端相连，脉冲检测端与能够计算脉冲数量的所述单片机相连；所述光敏器件的其他两端接地，并且，依次通过第二电容和第八电阻连接所述第一电源端。 

所述光敏器件为：光电传感器。 

所述外充值器包括电池和集成电路存储卡，表内控制部分设有充值器插接口。 

所述控制电路还包括： 

所述外充值器中电池的正端通过第一二极管连接一稳压器的电压输入端；稳压器的电压输出端作为所述第一电源端；而且，稳压器的电压输入端分别通过第三电容以及第四电容连接稳压器的GND端，电压输出端分别通过第五电容以及第六电容连接稳压器的GND端，稳压器的GND端接地。 

该控制电路还包括： 

所述外充值器中电池的正端通过第二电阻以及第九电阻接地；第一二极管的阴极依次通过第一电阻以及第三电阻接地，第一二极管的阴极还通过第七电容接地；第二电阻与第九电阻的连接点、第一电阻与第三电阻的连接点分别连接能够进行电池电压检测的所述单片机。 

所述控制电路还包括：状态显示器；所述状态显示器由预设受所述单片机控制的LED数码管构成，所述LED数码管的正极和负极分别连接所述单片机。 

该离合机构包括一具有固定轴的传动齿轮和扇形齿轮，该扇形齿轮偏心端铰接一连杆，该连杆的另一端活动铰接一弯遥杆，该弯摇杆的弯折处铰接在框架上固定，而该弯摇杆的另一端则固定有离合机构的游动齿轮。 

该倒计数装置包括减速齿轮组和数字显示轮组，其中减速齿轮组的输入轮与离合机构的输出轮始终处于啮合状态，数字显示轮组设有个、十、百三个数字轮，减速齿轮组的输出轮同轴连接数字显示轮组的个位轮。 

该阀门控制装置包括凸轮、一组凹槽轮以及与所述凸轮和凹槽轮弹性接触的带卡块的摇杆，其中，所述凸轮与倒计数装置的输入轮同轴连接，倒计数装置的数字轮分别与相应的凹槽轮同轴连接，在倒计数装置与凹槽轮间设置的套轴，所述带卡块的摇杆以弯折点铰接在框架上并以弹簧锁紧，摇杆的一端设有卡块，该卡块与凹槽对应，该摇杆的另一端阀门接触。 

所述阀门是一弹性阀，在阀门的中央设置一阀门杆，并在该阀门杆上设有弹簧。 

该计量计数装置通过一组伞形齿轮与机芯传动连接。 

对于上述技术方案的技术效果分析如下： 

本实用新型通过在表外充值内设置电源，实现了燃气表本身不设电源的功能，进而可以增进本实用新型的安全性。由于设置摇杆离合器可以方便在充值状态与计量之间切换，而阀门控制装置更是通过机械装置来实现的，完全实现了现有普通机械表与预付费控制装置的结合，实现了有源充值和无源运行控制的功能。 

附图说明

图1为本实用新型的无源预付费燃气表的正面结构示意图； 

图2为本实用新型无源预付费燃气表的预付费控制及计量计数装置的背面结构示意图； 

图3为本实用新型无源预付费燃气表的预付费控制及计量计数装置的侧面结构示意图； 

图4为本实用新型无源预付费燃气表的离合装置结构示意图； 

图5为本实用新型无源预付费燃气表的离合装置离合状态示意图； 

图6为本实用新型无源预付费燃气表的充值反馈装置结构示意图； 

图7为本实用新型无源预付费燃气表的阀门控制装置的结构示意图； 

图8为本实用新型无源预付费燃气表的阀门结构示意图； 

图9为本实用新型无源预付费燃气表的控制电路结构示意图。 

具体实施方式

以下，结合附图详细说明本实用新型无源燃气表的实现。 

如图1所示，本实用新型的无源预付费燃气表包括表壳1、预付费与计量计数机构3和机芯(未绘出)构成，其中机芯固定设置在表壳1内，而预付费和计量计数机构3也设置在表壳1上，该预付费和计量计数机构3设有外充值器USB插口2及充值状态数字显示0。 

如图2所示，该预付费与计量计数机构3包括一面板4，该面板4的后面固定设置一框架7。在该框架7上的左侧固定设有控制电路板5和驱动电机6，该驱动电机6的输出齿轮47与一从动齿轮48啮合，而从动齿轮48固定在一主轴18上，主轴18固定设置在框架7上，该主轴18的另一端固定有一驱动齿轮19和离合轮17。 

该主轴18的下侧设置有计量计数装置21，该计量计数装置21是普通的十进位数字轮，用于显示所用气量的数字值，该结构为公知计数，因此不需多述，而主轴18的上侧则设置有倒计数装置12和充值反馈装置14及阀门控制装置8，其中倒计数装置12是一组三位的倒计数数字轮，它们之间以十进位传动，分别形成个位轮、十位轮和百位轮，其结构完全与计时计数装置21的结构相同，也属于公知技术部分，在此不做详细说明。该倒计数数字轮的个位轮与一组减速齿轮13的输出轮啮合，减速齿轮组的输入轮`20与充值反馈装置14的光栅轮15同轴固定。 

如图2、图3、图4所示，本实用新型的框架7右端设有一机械离合装置16，该机械离合装置16包括一传动齿轮和扇形齿轮32、一连杆26、一弯杆27和一游动齿轮30，其中传动齿轮和扇形齿轮32轴固定在框架7上，而连杆26的一端则铰接在该传动齿轮和扇形齿轮32的一偏心点上，该连杆26的另一端活动的与弯杆27的一端铰接，弯杆的弯折点29则固定的铰接在框架7上，该弯杆27的另一端则固定一游动齿轮30，由于该连杆26和弯杆27均可以不设置在同一垂直面上，所以游动齿轮30与离合轮17不在同一垂直面上，可以使该游动齿轮30与主轴的驱动轮23啮合以传递动力。如图5所示，该 机械离合装置16具有两种工作状态，在计量状态时，离合装置16不动作，使游动齿轮30分别与计量计数装置21的输入轮31啮合，同时也与倒计数装置的减速输入轮20啮合，使在计量状态下，计量计数装置21进行计量计数时，倒计数装置12进行倒计数，从而显示累计用气量和剩余的用气量，并保持同步的增或减。而在充值状态时，离合轮17带动离合装置的传动齿轮和扇形齿轮32转动，使其带动游动齿轮30的轴移动，移动到使游动齿轮30与主轴18上的驱动轮19啮合为止，而此时该游动齿轮30仍与倒计数装置的减速输入轮｀20啮合。因此可以带动倒计数装置倒转而进行充值。 

如图2、7所示，本实用新型的阀门控制装置8包括一凸轮和三个凹槽轮38，凸轮与倒计数装置12的输入轮同轴连接，而所述的其余三个凹槽轮则分别与倒计数装置12的数字轮同轴设置，所以上述的连接轴39是一组由外到内的套轴，形如钟表的指针与相应的轮的连接方式。该三个凹槽轮分别设有一个凹槽35，凹槽35的位置对应与数字轮的零字位置，以在该些数字轮均显示为零时，该三个凹槽35相互对齐。在紧贴该些轮38的边缘弹性的设置一弯杆卡块装置10，该弯杆卡块装置10的弯折点37作为支点铰接在框架7上，并在该铰接处设置弹簧11。而该卡块36的位置正好对应与凹槽轮的凹槽35处。当卡块36陷入凹槽35中时，由于弹簧11的弹力使弯杆10的另一端9动作，该动作便可以控制阀门的启闭。 

如图8所示，上述的阀门是在进气口41内设置的一阀体42，阀体42的中央设置一阀杆43，通过该中央的阀杆43和位于阀杆43上的弹簧40弹性的设置在进气口41内，其中中央的阀杆43可以弹性的移动，以实现阀体42的开关，为实现阀门控制装置8的弯杆可以控制阀门的开关，在弯杆9的另一端铰接一直角的拨杆，该直角拨杆一直角点45铰接固定，另一端则44可与阀门的阀杆43处于抵触或分开两种状态。而水平杆46则与阀门控制装置8的弯杆连接。 

如图2、5所示，本实用新型的充值反馈装置是于倒计数装置12的输入轮20同轴的光栅轮15和光电检测器组成，其中该光栅轮15上设有等距离排列的环形小孔，并在对应于该小孔的位置处的左右两设置光源33和光敏元件 34，使光栅轮15每转动一个小孔则会产生依次光脉冲，该装置与控制电路连接。 

如图3所示，该计量计数装置21的输入轮31通过伞形齿轮组24和齿轮25与表的机芯传动连接，以进行计量操作。 

本实用新型的无源预付费燃气表是这样工作的，未充值时，该表的计量计数装置21和倒计数装置12都显示零。此时，由于倒计数装置12显示为零，则阀门控制装置8的摇杆卡块陷入凹槽轮的凹槽内，使阀门的阀杆不受弯杆的抵触而处于关的位置，此时不会有燃气通过。在充值进行时，由于电路驱动电机转动，电机的输出轮将动力传递给从动轮，从动轮带动主轴转动，主轴再带动离合轮转动，离合轮带动传动齿轮和扇形齿轮转动半圈后，扇形齿轮不再转动，该转动半圈的扇形齿轮将转动力传递给连杆，联杆将动力传递给弯杆，从而使位于弯杆另一端的游动齿轮移动至与主轴上的驱动轮啮合的状态，由于该游动齿轮始终与倒计数装置的输入轮啮合，所以此时的电机转动力经游动齿轮的啮合传递给倒计数装置的输入轮，此时转动的输入轮带动光栅轮转动，开始进行光电计数，将光栅轮转动转化为电脉冲反馈会控制电路进行计数处理。而倒计数装置也同步反向运转，改变了数字为零的显示状态，此时，凸轮驱动卡块离开凹槽，同时使阀门处于开的位置，充值完毕后，电路会控制电机反转，并使扇形齿轮回到起始状态，游动轮也回到原始状态，并与计量计数装置的输入轮啮合。由于该输入轮通过传动机构与表机芯传动连接，所以在表机芯进行计量时，该计量计数装置进行计数动作，进入计量状态，此时的倒计数装置由于游动齿轮的啮合而随计量计数装置的转动而同步向反向转动，其上面的数字便显示倒计数的功能。当倒计数装置显示为零时，恰好，阀门控制装置的凹槽重合，再次使卡块陷入凹槽内，实现阀门的关闭，停止供气，待充值完毕后再次重复上述过程，以实现无源预付费的功能。 

本实用新型无源预付费燃气表的控制电路如图9所示，其中，包括：单片机910、电机驱动器920、脉冲采集器930；进一步地，还可以包括：电压控制器940、状态显示器950、电压检测器960。 

其中，所述充值反馈装置中光电检测器的光敏器件通过所述脉冲采集器930实现与单片机910相连；单片机910与受该单片机控制的电机驱动器920的输入端相连，以便单片机910控制电机驱动器920进行所述驱动电机的旋转。所述电机驱动器920通过电机驱动芯片U2实现，具体的，所述电机驱动芯片可以为L9110等现有的电机驱动芯片。例如，如图9所示的电机驱动器920中，电机驱动芯片U2的OB和OA两个引脚为输出端，连接燃气表的驱动电机(其中，图9示出了连接该驱动电机的接口JP1)；引脚GND接地；引脚IA和IB分别连接单片机的P1.3和P1.2两个引脚；引脚VCC连接第一电源端VCC。 

脉冲采集器930包括第七电阻R7、第八电阻R8以及第二电容C2；其中，所述光电检测器中的光敏器件的正极通过第七电阻R7与第一电源端VCC相连，脉冲检测端与能够计算脉冲数量的所述单片机910相连(这里，所连接的单片机的引脚为P0.2)，以便于单片机910计算所述光敏器件检测到的脉冲的数量；所述光敏器件的其他两端接地GND，并且，依次通过第二电容C2和第八电阻R8连接所述第一电源端VCC。 

其中，所述第一电源端VCC用于控制电路的各个电路部分提供电源。所述光敏器件可以为图9中所示的光电传感器等。 

如图9所示，所述第一电源端VCC可以通过电压控制器940获得。具体的，所述外充值器的电池正端Power通过第一二极管D1连接稳压器U3的电压输入端Vin；稳压器U3的电压输出端Vout作为所述第一电源端VCC；而且，稳压器的电压输入端Vin分别通过第三电容C3以及第四电容C4连接稳压器的GND端，电压输出端Vout分别通过第五电容C5以及第六电容C6连接稳压器的GND端，稳压器的GND端接地。从而，通过电压控制器940将外充值器中电池的电压转换为控制电路所需要的电源电压VCC，为燃气表的控制电路供电。 

进一步地，该控制电路还可以包括所述电压检测器960，该电压检测器960的两个输出端连接能够进行电压检测的所述单片机910，以便单片机910对外充值器中电池的电压进行检测，从而完成掉电预警检测以及低电检测等功能。具体的，在电压检测器960中，所述外充值器的电池正端通过第二电阻R2以及第九电阻R9接地GND；第一二极管D1的阴极依次通过第一电阻 R1以及第三电阻R3接地GND，第一二极管D1的阴极还通过第七电容C7接地；第二电阻R2与第九电阻R9的连接点、第一电阻R1与第三电阻R3的连接点分别连接所述单片机910，以便单片机910进行所述电池电压的检测。这里，第二电阻R2与第九电阻R9的连接点、第一电阻R1与第三电阻R3的连接点这两个连接点即为电压检测器960的两个输入端，单片机910可以通过电压检测器检测到的电压进行外充值器中电池电压的掉电预警检测以及低电检测等。 

另外，所述控制电路还可以包括：状态显示器；所述状态显示器由预设数量个受所述单片机910控制的LED数码管构成，所述LED数码管的正极和负极分别连接所述单片机910，以便在单片机910的控制下显示所述燃气表的各种状态。在图9中，状态显示器由LED数码管(其中包括a～g等多个LED数码管)、电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16和单片机的八个引脚P0.0、P0.1、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7、P2.0、P2.1组成，各个LED数码管的正极分别通过电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16与单片机引脚P0.0、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7、P2.0、P2.1相连，负极直接与单片机一个引脚P0.1相连。通过单片机的控制信号实现对于燃气表不同状态的显示，例如：充值状态为1，则，控制LED数码管f、e等打开，其他LED数码管关闭等。 

另外，如图9所示，该控制电路还可以包括数据存储器，以便存储相应的充电数据，如图9中所示，该数据存储器通过现有的存储芯片即可实现，所述存储芯片可以为EEPROM、FRAM等。该数据存储器也可以设置在外充值器上。 

所述单片机910可以采用NXP-P89LPC936FDH的单片机，单片机A上的VCC和GND两个引脚通过电容C1隔离。 

另外，还可以为控制电路中的单片机设置ICP在线编程电路，以便进行单片机中程序的修改等。在图9所示的控制电路中，ICP在线编程电路该由接口JP2组成，接口JP2分别与单片机的两个引脚P0.6、P0.7相连。所述接口JP2的实现可以为一个五针的跳线接口。 

以上所述的控制电路是这样工作的： 

1、通过外充值器中的电池给控制电路供电后开始工作； 

2、一旦控制电路开始工作，单片机就会通过电压检测电路随时检测给单片机所供的电压是否正常，如不正常就会通过状态显示器指示出相关问题； 

3、如所供电压正常，单片机就从数据存储器上读出各种数据并且解密该数据，判断该数据的合法性，如果不合法就会通过状态显示器指示出相关问题； 

4、如所述数据合法，则单片机会控制电机驱动器来控制驱动电机旋转以进行燃气表的充值，如无法驱动所述驱动电机旋转，单片接也可以通过状态显示器指示出相关问题； 

5、一旦驱动电机开始旋转，光敏器件即开始采集脉冲，并传输给单片机，如果单片机没有采集到脉冲，则单片机也可以控制状态显示器指示出相关问题； 

6、如果采集到脉冲，则单片机开始累计脉冲数，如单片机计数出的数据与从外充值卡中存储的数据相等时，则通过电机驱动器停止驱动电机的旋转，充值完成，之后把相关信息写入数据存储器内；并且，也可以通过状态显示器指示出充值完成。 

另外设置了在线编程接口，从而无需将单片机取下即可在线编程，使得改变单片机内代码变得简易化； 

各种状态指示更加明确，LED数码管DS1能明确的提示出工作过程中的各种状态，根据指示能够立马判断出问题所在；随时监控外充值卡中电池的电压变化情况，保证控制电路的安全工作。 

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (12)

1.一种无源预付费燃气表，包括机芯、表壳、计量计数装置、外充值器和预付费控制机构，其特征在于，机芯、计量计数装置和预付费控制机构都设置在表壳内，外充值器独立设置，所述预付费控制机构包括控制电路、驱动电机、主轴、离合装置、充值反馈装置、倒计数装置、阀门控制装置和阀门，所述各装置均固定在表壳或框架上并以齿轮啮合，离合装置的游动齿轮通过离合装置的控制处于分别与驱动齿轮、倒计数装置的输入齿轮啮合状态或分别与计量计数装置的输入齿轮、倒计数装置的输入齿轮啮合的两种状态，所述充值反馈装置与倒计数装置啮合传动连接，而阀门控制装置与倒计数装置同轴连接，阀门控制装置与阀门连接，计量计数装置与机芯以齿轮传动；

该充值反馈装置包括光栅轮和光电检测器，该光栅轮与倒计数装置的输入轮同轴，该轮上设有以环形排列的等距小孔，光电检测器具有光源和光敏元件，固定在框架上，光源和光敏元件的位置分别与小孔的位置对应；

所述控制电路包括：单片机以及电机驱动器；所述光电检测器与单片机相连；单片机与受该单片机控制的电机驱动器的输入端相连，电机驱动器的输出端连接所述驱动电机。

2.根据权利要求1所述的无源预付费燃气表，其特征在于，所述光电检测器与单片机相连包括：

所述光电检测器中光敏器件的正极通过第七电阻与第一电源端相连，脉冲检测端与能够计算脉冲数量的所述单片机相连；所述光敏器件的其他两端接地，并且，依次通过第二电容和第八电阻连接所述第一电源端。

3.根据权利要求2所述的无源预付费燃气表，其特征在于，所述光敏器件为：光电传感器。

4.根据权利要求2所述的无源预付费燃气表，其特征在于，所述外充值器包括电池和集成电路存储卡，表内控制部分设有充值器插接口。

5.根据权利要求4所述的无源预付费燃气表，其特征在于，所述控制电路还包括：

所述外充值器中电池的正端通过第一二极管连接一稳压器的电压输入端；稳压器的电压输出端作为所述第一电源端；而且，稳压器的电压输入端分别通过第三电容以及第四电容连接稳压器的GND端，电压输出端分别通过 第五电容以及第六电容连接稳压器的GND端，稳压器的GND端接地。

6.根据权利要求4所述的无源预付费燃气表，其特征在于，该控制电路还包括：

所述外充值器中电池的正端通过第二电阻以及第九电阻接地；第一二极管的阴极依次通过第一电阻以及第三电阻接地，第一二极管的阴极还通过第七电容接地；第二电阻与第九电阻的连接点、第一电阻与第三电阻的连接点分别连接能够进行电池电压检测的所述单片机。

7.根据权利要求2所述的无源预付费燃气表，其特征在于，所述控制电路还包括：状态显示器；所述状态显示器由预设受所述单片机控制的LED数码管构成，所述LED数码管的正极和负极分别连接所述单片机。

8.根据权利要求1至7任一项所述的无源预付费燃气表，其特征在于，该离合机构包括一具有固定轴的传动齿轮和扇形齿轮，该扇形齿轮偏心端铰接一连杆，该连杆的另一端活动铰接一弯遥杆，该弯摇杆的弯折处铰接在框架上固定，而该弯摇杆的另一端则固定有离合机构的游动齿轮。

9.根据权利要求1至7任一项所述的无源预付费燃气表，其特征在于，该倒计数装置包括减速齿轮组和数字显示轮组，其中减速齿轮组的输入轮与离合机构的输出轮始终处于啮合状态，数字显示轮组设有个、十、百三个数字轮，减速齿轮组的输出轮同轴连接数字显示轮组的个位轮。

10.根据权利要求1至7任一项所述的无源预付费燃气表，其特征在于，该阀门控制装置包括凸轮、一组凹槽轮以及与所述凸轮和凹槽轮弹性接触的带卡块的摇杆，其中，所述凸轮与倒计数装置的输入轮同轴连接，倒计数装置的数字轮分别与相应的凹槽轮同轴连接，在倒计数装置与凹槽轮间设置的套轴，所述带卡块的摇杆以弯折点铰接在框架上并以弹簧锁紧，摇杆的一端设有卡块，该卡块与凹槽对应，该摇杆的另一端阀门接触。

11.根据权利要求1至7任一项所述的无源预付费燃气表，其特征在于，所述阀门是一弹性阀，在阀门的中央设置一阀门杆，并在该阀门杆上设有弹簧。

12.根据权利要求1至7任一项所述的无源预付费燃气表，其特征在于，该计量计数装置通过一组伞形齿轮与机芯传动连接。 

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