CN212407725U - 一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统。其特征在于包括：起协调和控制作用的控制器：能够将系统工作电压装换成阀门驱动电路工作所需的工作电压点的电压转换电路；保证阀门能够正常运转的阀门驱动电路；实时监测阀门工作状态的堵转反馈电路；能够实时监测和采样主控模块的各种信息的信号采样电路。本实用新型在堵转反馈电路的作用下，可实时监测和判定两线式阀门的工作状态，避免由于阀门开阀或者关阀到位后仍对阀门进行开阀或者关阀操作，导致阀门发生堵转，损坏阀门性能，也影响智能燃气表系统的性能。

Description

一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统

技术领域

本实用新型涉及一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统。

背景技术

目前智能燃气表广泛应用在民用以及工用场所，智能燃气表的性能成为行业的奋斗目标。阀门作为智能燃气表内中的一种截断和导通可燃气体的控制部件，其控制精度的高低对智能燃气表的性能有着巨大的影响，因此如何进一步提高智能燃气表内置阀门的控制精度显得尤为重要。

按照智能燃气表内置的阀门与智能燃气表系统的控制器连接线束不同可分为两线式阀门、四线式阀门等不同的阀门类型。四线式阀门有四根线，分别为到位信号检测线、地线、开阀控制线和关阀控制线。智能燃气表系统的控制器可根据检测阀门运行是否到位的到位信号检测线的状态来判断是否对阀门进行开关阀操作，进而控制阀门的不同状态。利用四线式阀门的到位信号检测线的信号可以实时检测阀门实际状态做出相应的开关阀动作。

而两线式阀门只有开阀控制线和关阀控制线，没有四线式阀门的到位信号检测线。因此无法像四线式阀门那样通过到位信号检测线来判断阀门的实际工作状态。

现有技术中，两线式阀门在工作时，智能燃气表系统只能根据智能燃气表系统的断线、磁干扰等异常，利用智能燃气表系统的控制器发出开关阀指令，对阀门进行操作控制。无法根据阀门自身状态进行实时监控，控制器只能对阀门进行强制性开关阀操作。当阀门处于开阀到位或者是关阀到位后，控制器持续对阀门进行开阀操作或者是关阀操作，阀门会出现堵转现象，阀门堵转会产生大电流，增加智能燃气表系统的功耗，也会对阀门性能造成一定的破坏。

为了提高两线式阀门的控制精度，改善两线式阀门的使用性能，本实用新型意在设计出一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统的技术方案。

所述的一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，主控模块和阀门模块组成智能燃气表系统，其特征在于包括：

起协调和控制作用的控制器：

能够将系统工作电压装换成阀门驱动电路工作所需的工作电压点的电压转换电路；

保证阀门能够正常运转的阀门驱动电路；

实时监测阀门工作状态的堵转反馈电路；

能够实时监测和采样主控模块的各种信息的信号采样电路。

所述的一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，其特征在于所述主控模块通过信号采样电路采样智能燃气表系统工作时的信号，在控制器的控制下解析到需要对阀门模块的状态及模式进行操作改变时，控制器控制电压转换电路将主控模块的工作电压转换成阀门驱动电路所需的工作电压点后，供给阀门驱动电路保证其处于正常工作模式；所述阀门驱动电路在控制器的控制下，完成阀门驱动，并将相关信号传输到阀门模块，使阀门模块按照要求进行相应的操作；在阀门操作的过程中，控制器控制堵转反馈电路处于工作状态中，实时监控阀门模块的工作状态，并将监控信息及时反馈给控制器，控制器根据反馈的信息实时解析，结合整个主控模块的工作模式决定下一步的操作；如果检测到阀门模块发生阀门堵转信息，主控模块便会发出刹车指令给阀门驱动电路，对阀门模块进行刹车停止操作。

所述的一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，其特征在于所述电压转换电路采用DS5330的稳压芯片，在输入端VIN和输出端VOUT接上电容器C1和C2。

所述的一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，其特征在于所述阀门驱动电路采用低电压H桥IC芯片DRV8837，其中nSLEEP、IN1、IN2为控制端，受主控模块的控制器控制；OUT+和OUT-是阀门驱动电路的输出端，输出驱动信号，使接在VA+和VA- 两端的阀门模块能够正常运行；VCC是阀门驱动电路的驱动电源，由控制器直接给出+5V电压；VM是阀门进行开关阀工作的电压点，在控制器的控制下，经过电压转换电路转换得到的+3.0V的电压接到该端口；在VCC和VM的输入端均设置接到地的电容，进行电路保护；GND为接地端，在接地端GND串联电阻R5和R7除了起到保证可靠接地的同时也能够通过该端口检测到阀门驱动电路的驱动工作电压V_valve。

所述的一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，其特征在于所述堵转反馈电路采用COM单/双/四阶运算放大器TP1512-SR，控制器3会通过RUN_POE_OA进行模拟信号的输出，决定是否驱动mos管Q3导通，当mos管Q3处于导通状态下，由主控模块对堵转反馈电路进行供电，使堵转反馈电路处于正常工作模式；

+VS：正电源，为堵转反馈电路的电源输入端，在电源引脚之间或电源引脚和地面之间接上一个0.1uF的电容，用于电路保护；

+B：正相输入，该引脚接到阀门驱动电路的GND端，输入驱动电压V_valve值；

-B：反相输入，在该引脚上串联电阻R13与R14，通过电阻串并联关系设置输入一定的电压控制值；

OUTB：输出端，将运算放大器的正相输入信号与反相输入信号进行比较，当正相输入信号大于反相输入信号时，在OUTB输出端输出一个高电平信号，当正相输入信号小于反相输入信号时，在OUTB输出端输出一个低电平信号。

所述的一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，其特征在于所述信号采样电路是利用主控模块控制器内部自带的ADC模块，对数据信号进行采样。

本实用新型的优点为：

1.可通过检测阀门驱动电路GND端的电阻电压，获得驱动电路实时工作电压，堵转反馈电路的正相输入端利用该信号，堵转反馈电路的反相输入端输入的是阀门工作发生堵转的理论工作电压点，堵转反馈电路根据信号输入端的值进行比较，输出高低电平，实时监控阀门的状态，根据阀门是否开关到位发生堵转，控制阀门刹车，提高系统安全性能；

2.本实用新型的阀门驱动电路，可根据控制器输入信号的控制，输出刹车功能，刹车功能可以锁定阀门的当前的位置，避免由于一些误操作或误动作导致阀门位置发生偏移的问题；

3.当阀门开阀到位或者是关阀到位后，控制器仍驱动阀门工作会导致阀门发生堵转；系统控制器根据堵转反馈电路的输出信号，判断阀门状态；决定是否对阀门进行操作；可以减少一些不必要的小误差导致的阀门误开关情况，减少两线式阀门的开关次数，可提高阀门的使用寿命；

4.可通过更换堵转反馈电路反相输入端电阻R13和R14阻值的大小，适配不同的阀门堵转电压比较点，适用于不同类型的阀门，电路移植性高；

5.系统只增加了一个堵转反馈电路，且该电路只占用控制器一个控制引脚，所占资源少，并且可通过改变堵转反馈电路中输入端电阻阻值的大小，适用于不同产品上，开发工作量小，成本低。

附图说明

图1为智能燃气表系统；

图2为电压转换电路；

图3为阀门驱动电路；

图4为堵转反馈电路；

图中：1-主控模块，2-阀门模块，3-控制器，4-电压转换电路，5-阀门驱动电路，6-堵转反馈电路，7-信号采样电路。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示：本实用新型主要是由主控模块1和阀门模块2共同组成一个智能燃气表系统。主控模块1中主要有：起协调和控制作用的控制器3；可将系统工作电压装换成阀门驱动电路工作所需的工作电压点的电压转换电路4；保证阀门能够正常运转的阀门驱动电路5；实时监测阀门工作状态的堵转反馈电路6；可实时监测和采样主控模块1的各种信息的信号采样电路7。

当外部正常对智能燃气表系统供电，智能燃气表处于正常工作时，智能燃气表系统的各个模块之间的配合以及各个功能的实现都是在控制器3的调配下完成。主控模块1通过信号采样电路7采样智能燃气表系统工作时的信号，在控制器3的控制下解析到需要对阀门模块2的状态及模式进行操作改变时，控制器3控制电压转换电路4将主控模块的工作电压转换成阀门驱动电路5所需的工作电压点后，供给阀门驱动电路5保证其处于正常工作模式。阀门驱动电路5在控制器3的控制下，完成阀门驱动，并将相关信号传输到阀门模块2，使阀门模块2按照要求进行相应的操作。在阀门操作的过程中，控制器3控制堵转反馈电路6处于工作状态中，实时监控阀门模块2的工作状态，并将监控信息及时反馈给控制器3，控制器3根据反馈的信息实时解析，结合整个主控模块1的工作模式决定下一步的操作。如果检测到阀门模块2发生阀门堵转信息，主控模块1便会发出刹车指令给阀门驱动电路5，对阀门模块2进行刹车停止操作。

本实用新型的阀门模块2内含两线式阀门，是智能燃气表内的一种截断和导通可燃气体的控制部件。

本实用新型的控制器3起协调和控制作用，是整个智能燃气表系统的核心。

本实用新型的电压转换电路4，如图2所示：

该电路的核心为：DS5330的稳压芯片，利用该稳压芯片可以将高达10V的输入电压转变成+3.0V电压。为了保证电压转换电路4能够不受信号输入输出信号的振荡影响，保证其正常工作。因此在输入端VIN和输出端VOUT接上电容器C1和C2。

本实用新型的阀门驱动电路5如图3所式：该阀门驱动模块内部核心是采用低电压H桥IC芯片DRV8837。

其中nSLEEP、IN1、IN2为控制端，受主控模块1的控制器3控制；OUT+和OUT-是阀门驱动电路5的输出端，作用是输出驱动信号，保证接在VA+和VA- 两端的阀门模块2能够正常运行；VCC是阀门驱动电路5的驱动电源，由控制器3直接给出+5V电压；VM是阀门进行开关阀工作的电压点，在控制器3的控制下，经过电压转换电路4转换等到的+3.0V的电压接到该端口。为了保证阀门驱动电路5工作的可靠性，在VCC和VM的输入端接到地的电容，进行电路保护。GND为接地端，三者的作用是为阀门驱动电路5供电。在接地端GND串联的电阻R5和R7除了起到保证可靠接地的同时也可通过该端口检测到阀门驱动电路5的驱动工作电压V_valve。

阀门驱动电路5的具体操作如下：当控制器3控制信号M_SLEEP与M_CLOSE无效、M_OPEN有效时，即输入到阀门驱动电路5的信号nSLEEP与IN1无效，IN2有效时，则OUT1和OUT2输出开阀驱动信号；当控制器3控制信号使M_SLEEP与M_OPEN无效、M_CLOSE有效时，即输入到阀门驱动电路5的信号nSLEEP与IN2无效，IN1有效时，则OUT1和OUT2输出关阀驱动信号；当控制器3控制信号M_SLEEP、M_CLOSE与M_OPEN同时有效时，即输入到阀门驱动电路5的信号nSLEEP、IN1与IN2同时有效，则OUT1和OUT2输出刹车驱动信号。

接在OUT1和OUT2两端的阀门模块2根据阀门驱动电路5输出的VA+和VA-信号，进行相关的阀门开关阀操作。如果为开阀驱动信号则驱动阀门模块2执行开阀动作。如果为关阀驱动信号则驱动阀门模块2执行关阀动作。如果为刹车驱动信号则锁定阀门模块2的当前位置，避免因阀门动作发生位置偏移，造成阀门发生堵转现象。

本实用新型的堵转反馈电路6如图4所示：堵转反馈电路6的核心部分是一个COM单/双/四阶运算放大器TP1512-SR。

智能燃气表系统的控制器3会通过RUN_POE_OA进行模拟信号的输出，决定是否驱动mos管Q3导通。当mos管处于导通状态下，由主控模块1对堵转反馈电路6进行供电，使堵转反馈电路6处于正常工作模式。

本实用新型利用TP1512-SR单运算放大器的功能：

+VS：正电源，为堵转反馈电路6的电源输入端。在电源引脚之间或电源引脚和地面之间接上一个0.1uF的电容,用于电路保护。

+B：正相输入，该引脚接到阀门驱动电路5的GND端，输入驱动电压V_valve值。

-B：反相输入，在该引脚上串联电阻R13与R14，通过电阻串并联关系可以设置输入一定的电压控制值。

OUTB：输出端，将单运算放大器的正相输入信号与反相输入信号进行比较，当正相输入信号大于反相输入信号时，在OUTB输出端输出一个高电平信号，当正相输入信号小于反相输入信号时，在OUTB输出端输出一个低电平信号。在电源引脚和地面之间接上一个0.1uF的电容,用于电路保护。

本实用新型的信号采样电路7是利用主控模块1控制器3内部自带的ADC模块，对数据信号进行采样。

下面将举例说明本实用新型的具体实现方式：

当智能燃气表在开发初期都会对智能燃气表系统的各个部件进行一个详细的性能要求和测试。因此，可根据项目要求得到所需的阀门类型和参数。得知阀门正常工作电压点以及发生堵转时的堵转电压点后，在硬件设计上，针对于堵转反馈电路，根据阀门发生堵转时的阀门堵转电压值、电流值选定电阻R13和R14，通过改变电阻R13和R14的电阻值设置相对应类型的阀门实际正常工作时发生堵转的堵转电压点，并连接到堵转反馈电路的反相输入端。

当智能燃气表系统处于正常工作时，智能燃气表系统在主控模块1的控制器3的控制下完成各个模块的性能实现和各个功能的实现。

当主控模块1的控制器3通过采样模块7对智能燃气表系统的工作状态进行实时采样分析。当主控模块1根据采样信号分析出需要对阀门模块2进行相关操作时，

控制器3会通过RUN_POE_OA引脚发送控制信号，控制堵转反馈电路6的电源导通，使堵转反馈电路6获得工作电压处于正常工作模式，堵转反馈电路6可通过检测阀门驱动电路5的GND端的接地电阻两端的电压值V_valve，得到智能燃气表阀门模块2的实际驱动工作电压值V_valve，并将该值输入到堵转反馈电路6的正相输入端中。堵转反馈电路6的反相输入端通过硬件设置的R13和R14设置的理论上阀门模块2阀门发生堵转时的堵转电压点。

堵转反馈电路6处于正常工作模式时，会对正相输入端的值和反相输入端的值进行比较操作。当正相输入端的电压值小于反相输入端的电压值时，堵转反馈电路从OUTB引脚输出一个低电平。该低电平表示电机处于一个正常工作状态下。当正相输入端的电压值等于或大于反相输入端的电压值时，堵转反馈电路6从OUTB引脚输出一个高电平，该高电平表示阀门模块2的实际工作电压点大于或等于阀门的堵转电压点，阀门已经开阀或者关阀到位，仍对阀门进行开阀或者关阀驱动的话，会导致阀门发生堵转。

控制器3会通过信号采样电路7实时采样堵转反馈电路6输出端的信号，判断智能燃气表系统阀门模块2的实际工作状态，根据智能燃气表系统阀门模块2的实际情况决定是否对阀门进行开关阀操作。

当控制器3会通过信号采样电路7实时采样堵转反馈电路6输出端的信号，判断智能燃气表系统阀门模块2的实际工作状态为正常工作模式时，在控制器3的控制下，启动电压转换电路4将输入到智能燃气表系统的工作电压转换成阀门工作所需的+3.0V的工作电压，并对阀门驱动电路5所需的工作电压点+5.0V进行供电，保证阀门驱动电路5处于工作状态。

阀门驱动电路5根据控制器3输入到阀门驱动电路5输入引脚的信号进行解析后，输出相关的驱动信号。通过检测阀门驱动电路5接地电阻的电压，可反映阀门驱动电路5的工作电压。阀门驱动电路5 的输出信号端接含有两线式阀门的阀门模块2，阀门模块2根据阀门驱动电路5的输出信号进行相关的开关阀操作。

当控制器3通过采样信号电路7采样到堵转反馈电路6输出端的信号为低电平时，控制器3根据智能燃气表系统的工作状态与需求对阀门驱动电路5输入开阀或者关阀信号，驱动阀门模块2进行相对应的开关阀操作。当控制器3通过采样信号电路7采样到堵转反馈电路6输出端的信号为高电平时，表明阀门已经开阀或者是关阀到位，但控制器3仍控制阀门驱动电路5对阀门模块2进行开阀或者是关阀驱动。因此，控制器3一旦采样到堵转反馈电路6输出端的信号为高电平时，控制器3立即对阀门驱动电路5输入刹车驱动信号，控制阀门模块2立即锁定阀门的当前位置，并控制阀门驱动电路5处于睡眠状态，停止对阀门模块2的驱动控制。

在堵转反馈电路的作用下，可实时监测和判定两线式阀门的工作状态，避免由于阀门开阀或者关阀到位后仍对阀门进行开阀或者关阀操作，导致阀门发生堵转，损坏阀门性能，也影响智能燃气表系统的性能。

Claims (6)

1.一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，主控模块和阀门模块组成智能燃气表系统，其特征在于包括：

起协调和控制作用的控制器：

能够将系统工作电压装换成阀门驱动电路工作所需的工作电压点的电压转换电路；

保证阀门能够正常运转的阀门驱动电路；

实时监测阀门工作状态的堵转反馈电路；

能够实时监测和采样主控模块的各种信息的信号采样电路。

2.根据权利要求1所述的一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，其特征在于所述主控模块通过信号采样电路采样智能燃气表系统工作时的信号，在控制器的控制下解析到需要对阀门模块的状态及模式进行操作改变时，控制器控制电压转换电路将主控模块的工作电压转换成阀门驱动电路所需的工作电压点后，供给阀门驱动电路保证其处于正常工作模式；所述阀门驱动电路在控制器的控制下，完成阀门驱动，并将相关信号传输到阀门模块，使阀门模块按照要求进行相应的操作；在阀门操作的过程中，控制器控制堵转反馈电路处于工作状态中，实时监控阀门模块的工作状态，并将监控信息及时反馈给控制器，控制器根据反馈的信息实时解析，结合整个主控模块的工作模式决定下一步的操作；如果检测到阀门模块发生阀门堵转信息，主控模块便会发出刹车指令给阀门驱动电路，对阀门模块进行刹车停止操作。

3.根据权利要求1所述的一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，其特征在于所述电压转换电路采用DS5330的稳压芯片，在输入端VIN和输出端VOUT接上电容器C1和C2。

4.根据权利要求1所述的一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，其特征在于所述阀门驱动电路采用低电压H桥IC芯片DRV8837，其中nSLEEP、IN1、IN2为控制端，受主控模块的控制器控制；OUT+和OUT-是阀门驱动电路的输出端，输出驱动信号，使接在VA+和VA- 两端的阀门模块能够正常运行；VCC是阀门驱动电路的驱动电源，由控制器直接给出+5V电压；VM是阀门进行开关阀工作的电压点，在控制器的控制下，经过电压转换电路转换得到的+3.0V的电压接到该端口；在VCC和VM的输入端均设置接到地的电容，进行电路保护；GND为接地端，在接地端GND串联电阻R5和R7除了起到保证可靠接地的同时也能够通过该端口检测到阀门驱动电路的驱动工作电压V_valve。

5.根据权利要求1所述的一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，其特征在于所述堵转反馈电路采用COM单/双/四阶运算放大器TP1512-SR，控制器（3）会通过RUN_POE_OA进行模拟信号的输出，决定是否驱动mos管Q3导通，当mos管Q3处于导通状态下，由主控模块对堵转反馈电路进行供电，使堵转反馈电路处于正常工作模式；

+VS：正电源，为堵转反馈电路的电源输入端，在电源引脚之间或电源引脚和地面之间接上一个0.1uF的电容，用于电路保护；

+B：正相输入，该引脚接到阀门驱动电路的GND端，输入驱动电压V_valve值；

-B：反相输入，在该引脚上串联电阻R13与R14，通过电阻串并联关系设置输入一定的电压控制值；

OUTB：输出端，将运算放大器的正相输入信号与反相输入信号进行比较，当正相输入信号大于反相输入信号时，在OUTB输出端输出一个高电平信号，当正相输入信号小于反相输入信号时，在OUTB输出端输出一个低电平信号。

6.根据权利要求1所述的一种提高智能燃气表内置两线式阀门控制精度的系统，其特征在于所述信号采样电路是利用主控模块控制器内部自带的ADC模块，对数据信号进行采样。

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