CN2240746Y - 电卡(ic卡)式煤气计费控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电卡式(IC卡)煤气自动控制装置，属煤气表控制领域。本装置是在煤气表(2)的进气管处装有包含断气执行机构、到位接触器(8)和阀门共同构成的阀门驱动机构，及装在煤气表表头内部传动齿轮上的磁缸(5)和传感器(6)，和含有中央处理器(CPU(U₁)、数据存贮器、指示灯(U₅)、讯响器(U₆)、检测电路(K₁、K₂)、稳压电源(C₃、C₄、U₉、C₆、C₅)构成的控制电路，与控制电路插口方式连接的电卡。本实用新型结构简单，可靠，造价低，适于推广。

Description

电卡(IC卡)式煤气计费控制装置

本实用新型涉及一种采用电卡(IC卡)来自动计费、控制煤气表的装置，特别适用于城市管道煤气的自动计费和定量控制，属煤气表控制领域。

目前、在国内管道煤气用户的计费中，都采用人工抄表方式，此方式原始，落后，不但费时费工，而且用户先用气，后付款，无形中给煤气管理部门造成很大损失.同时有关部门不能及时了解、掌握用户的用气状况，不便对用户进行统一的管理；中国专利ZL93207187和ZL93219663公开了一种使用磁卡自动计量的磁卡式煤气表，但此种磁卡式煤气表也存在下列缺点：驱动磁头的马达及机械部件易于损坏；在厨房环境下，容易造成磁头、磁卡表面的污染，发生读、写数据错误；成本偏高。

本实用新型的目的是提供一种克服上述技术缺点，采用低功耗CPU为主控部件的电卡式(或者称IC卡)煤气装置，通过安装于煤气表内的控制电路来实现煤气自动计费、自动控制功能。

本实用新型提供以断气执行机构、到位接触器和阀门共同构成的阀门控制机构。

本实用新型的目的是通过下列机械结构和电路完成的：在包含有煤气表、进气管和出气管的组成的煤气表，其特征在于：(1)在煤气表的进气管处装有包含断气执行机构、到位接触器和阀门共同构成的阀门驱动机构，(2)及装在煤气表表头内部传动齿轮上的磁缸和传感器，(3)和含有中央处理器(CPU(U₁)、数据存贮器、指示灯(U₅)、讯响器(U₆)、检测电路(K₁、K₂)、稳压电源(C₃、C₄U₉、C₆、C₅)构成的控制电路，(4)与控制电路插口方式连接的电卡；断气机构可由包含有直流马达、传动变速齿轮构成，其传动变速齿轮直接与球型阀固定连接，传动变速齿轮上装有到位接触器，直流马达上的齿轮直接与传动变速齿轮啮合，直流马达的控制线与控制电路相接；断气机构也可直接由电磁阀构成，电磁阀的控制线与控制电路相接；磁钢和传感器最好装在煤气表百分位传动齿轮上。

本装控制电路部份的电路连接特征是：A.中央处理器CPU(U₁)的P3.6、P3.7分别接提升电阻R₇、R₈，E²PROM(U₃)的5、6脚，端子A₁、A₂，电阻R₇、R₈另一端接电源正；P3.3、P3.4、P3.5分别经电阻(R₃、R₄、R₅)接达林顿管陈列(U₂)的1、2、3脚，RST接电介电容(C₃)的负极，电容正极接电源正。X₁、X₂接晶振U₁₅，同时接电容C₁、C₂，C₁、C₂的另一端接地；INT₁接传感器U₁₄的2脚；T0接电压比较器393(U₁₂)的1脚；P3.0和T0脚相连；P3.1接提升电阻R1和接触开关K₁；P3.2接提升电阻R₂和接触开关K₂；电阻R₁、R₂的另一端接电源正，K₁、K₂另一端接地。

B.数据存贮器E²PROM(U₃)的1、2、3脚接地；卡上A₄端子口接主板地，A₅端子口接主板电源正；

C.驱动电路由达林顿晶体管阵列，电阻R₉，发光管U₅，电阻R₁₀，讯响器U₆，直流马达U₇，等器件组成；达林顿晶体管阵列(U₂)的16脚接电阻R₉，R₉另一端接发光管U₅的负极，其正极接正电源；15脚接电阻R₁₀，R₁₀另一脚接讯响器U₆，U₆另一端接电源正；14脚接直流马达U₇，U₇另一端接电源正；

D.传感器U₁₄的1脚接电源正，3脚接地，2脚接CPU(U₁)的19脚；

E.电压过低检测电路由稳压电源U₉)，电容器(C₃、C₄、U₉、C₆、C₅)，电池充电U₁₀、电源切换U₁₁、电压过低检测U₁₃等器件组成，详细连接如下：电源稳压器U₉的输出脚(2脚)接二极管U₁₀的正极，负极接系统电源正，同时，经R₁₁接电池(D)正极，同时电池(D)正极又经二极管U₁₁的正极连至电源正。比较器的1脚接电阻R₁₅，R₁₅另一端接电源正；2脚接电阻R₁₃和U₁₃的负极，R₁₃另一端接电源正，U₁₃的正极接地；3脚接电阻R₁₂、R₁₄、R₁₂的另一端接电池(D)正极，R₁₄另一端接地。

本装置基本工作原理是：从安装在煤气表内部传动齿轮的磁钢(5)和传感器(6)上得到用户实际煤气用量信号，让该信号与存贮本装置中控制电路中的用户可使用煤气量进行对比，最终控制断气执行机构(直流马达或者电磁阀)转动，使球型阀是处于″开″位置、还是处于″关″位置。其电路的特点主要有下列几点：

1.稳压电源和后备电池之间的相互切换和稳压电源对电池的

  充电技术。

2.电压异常检测电路。

2.1通过比较器获得电压过低信号，中断CPU执行关阀动作。

2.2联接中断信号到CPU的I/O口，通过对I/O口的判读，获知

   电压是否恢复正常，从而结束中断。

3.CPU工作模式：休眠、苏醒状态的使用方式，具体有：

3.1CPU平时一直处于休眠状态。

3.2使用外部读卡信号，通过中断唤醒CPU，读入数据后恢复

   休眠状态。

3.3使用传感器感应信号通过中断唤醒CPU，记录下煤气消耗

   后恢复省电状态。

4.采用集成电卡，卡上数据存于串行E²PROM中。

5.煤气消耗的记录方式：

5.1超量使用按负数记录。

5.2从煤气卡上读入并存入E²ROM的煤气数以某一加权系数为单位(如10)，在用完10方后，对其数据减1。

6.通、断煤气的工作模式：正常时煤气阀门处于常开状态，断电、且电池电压过低，或煤气用完，阀门自动关闭。

本实用新型由于采用了以低功耗CPU为主控部件的电卡式方式，因此具有高集成度，高可靠性，不怕环境污染和低成本的优点，是一更适于推广的管道煤气自动计费，定量控制装置。

下面结合实施例将本实用新型装置工作原理做进一步详述。

图1为本装置的电路原理图。

图2为电源机构电路原理图。

图3为本装置主程序流程图。

图4为本装置读写卡中断程序流程图。

图5为本装置的计数中断程序流程图。

图6为本装置掉电中断程序流程图。

图7为本装置直流马达断气执行机构的结构示意图和煤气表

表头内部磁缸及传感器放置位置的示意图。

如图1开示，本实用新型的CPU(U₁)选用低功耗型具有I²C总线和外部中断功能的单片机87C51，该机具有体积小，功耗低，性能高的优点。它完成对整个系统的控制，计量任务；外部数据存贮器(U₃)和卡上数据存贮介质(U₄)选用2线式E²PROM AT24C02，容量为256*8，电压范围宽，功耗低，和CPU连接均为2线式的串行方式，只占用CPU的2根I/O口；驱动电路选用达林顿晶体管阵列2003(U₂)，集成度高，驱动电流大和CPU连接简单。CPU3根I/O口线通过电阻和U₂的输入端相连，其输出接驱动发光管，讯响器、直流马达。电卡的插入信号接CPU的中断INT0，霍尔传感器传来的煤气消耗信号接中断INT1，电压过低检测电路输出的电压过低信号接中断T0(扩展为外部中断)，阀门″开″到位信号，″关″到位信号以及掉电信号分别接至CPU的三个I/O口，P3.0，P3.1，P3.2。

本系统的工作流程分为以下几部分：主程序流程框图(见图三)；读写卡中断程序流程图(见图四)；计数中断程序流程图(见图五)；掉电中断程序流程图(见图六)。

内部数据区定义如下：(1)：RAM0：煤气数暂存区。(2)：ROM0：卡上煤气数存贮区。(3)：ROM1：煤气数存贮区。(4)：Bell：气少标志位，若为1，在每用完一方煤气后，系统给出声响提示。

如图2所示，电源部分由于采用了市电和电池共用的方式，能保证在连续停电100小时的情况下，系统继续正常工作，之后产生掉电中断信号，其原理如下：220V市电经整流滤波和7806稳压后获得6V直流电源，经二极管供给系统时，同时经电阻R对电池充电，充至5.3V。当停电时，电池通过二极管U对系统供电，在电池电压下降至使B1点电压低于稳压管(B2点)电压之前系统正常工作，一旦B1点电压低于B2点时，将在电压比较器U₁₂的输出端产生负跳变信号，从而唤醒CPU进入掉电中断程序，当来电时，比较器U₁₂的输出端1恢复高电位，CPU通过监测电路恢复正常工作。

如图3所示，上电时，CPU进入主程序流程，首先初始化内部寄存器、有关I/O口，清RAM0区，之后，判ROM0是否为0，若为0，则表示无结存煤气可用，启动马达驱动蝶阀，根据到位指示器(K₁)信号完成闭阀功能，同时开指示灯，提示用户内部已无煤气。若不为0，则表示存有可用煤气，先把ROM0减1，并置RAM0为10，启动马达，驱动蝶阀，根据到位指示信号器(K₂)完成开阀功能。在此为了减少对EPROM的写入次数延长使用寿命，ROM0，ROM1区的数据以10为单位，故ROM0减1后，把RAM0置为10，作为煤气使用数的临时缓存区。完成上述工作后，开放中断，执行省电指令，CPU进入省电状态，以节省电能，此时整个系统的耗电在3mA左右，在没有外部信号触发的情况下，

系统一直保持该状态。由于系统把读卡信号，煤气消耗信号，电源电压过低信号分别接入CPU中断INT0，INT1和定时器扩展的外部中断，所以只要以上任一信号到来，即可唤醒CPU，实现其对应的中断任务。

如图4所示，当插入煤气电卡时，由于插入信号接至CPUINT0，将唤醒CPU，产生INT0中断，中断程序完成以下任务：进一步确定卡是否正确插入，若插入不正确返回，若正确，再读卡号判断卡号是否和本台主机号相符，若不符，不执行任何读写，直接返回，若相符，则把卡上数据读入，并和ROM1内煤气数相加后，再存入ROM1，同时清除卡上数据，和清除少气标志Bell，打开煤气阀，关闭少气指示灯，返回主程序，CPU重新进入省电状态。

如图5所示，由于传感器磁缸固定于煤气表的转动齿轮上，因此，当使用煤气时，传感器将从煤气表上的齿轮转动获取煤气使用信号，此信号接至CPU的INT1，因此一旦消耗一方煤气，将唤醒CPU进入煤气中断程序，完成下列任务：先对RAM0区数据减1，之后判是否为0，不为0，再判Bell为1否，为1表明内部所剩煤气在10方以内，给出声光报警，之后返回，否则直接返回。若RAM0区为0，再判ROM1区为0否，为0，则表明煤气已全部用完，关闭煤气阀，开无气指示灯，返回主程序。若ROM1区不为0则ROM1区减1，并置RAM1区为10。在返回主程序前，再判ROM1区为0否，为0，则置少气标志为1后，否则置0。

如图6所示，当无市电，且电池电压过低时，产生掉电信号，从CPU的T0中断唤醒CPU，进入掉电中断电程序：关闭阀门，循环判断掉电信号。由于掉电信号在送中断T0时，同时送CPU的P3.0口，(见图一)，完成对掉电信号的监测。所以通过判I/O口P3.0即可确认电源是否恢复，若恢复，则开阀门，返回主程序。

如图7所示，本装置的断气执行机构常用的有机械式(直流马达驱动)和电控制式(电磁阀驱动)两种方式。一种是直流马达(3)控制线接到控制电路的信号后转动，经传动齿轮传动(7)让阀门处于“开”或者是“关”位置。另一种是电控制式是电磁阀控制线收到控制电路信号后，电磁阀动作，使阀门处于“开”或者是“关”位置。也还可以采用萁它控制方式，只要能让阀门转动为“开”或者“关”位置即可。

其中图7序号如下：

1——出气管； 2——煤气表；3——直流马达；4——进气管；5——磁缸；6——传感器；7——传动变速齿轮；8——到位接触器。

本实用新型具有高可靠性，高集成度，不怕环境污染的电卡式煤气计费控制的特点。

Claims (5)

1.一种电卡(IC卡)式煤气计费控制装置，包含有煤气表(2)、进气管(4)和出气管(1)，其特征是：

(1)在煤气表(2)的进气管处装有包含断气执行机构、到位接触器(8)和阀门共同构成的阀门驱动机构，

(2)及装在煤气表表头内部传动齿轮上的磁钢(5)和传感器(6)，

(3)和含有中央处理器(CPU(U₁)、数据存贮器、指示灯(U₅)、讯响器(U₆)、检测电路(K₁、K₂)、稳压电源(C₃、C₄、U₉、C₆、C₅)构成的控制电路，

(4)与控制电路插口方式连接的电卡。

2.根据权利要求1所述的电卡(IC卡)式煤气自动控制器，其特征是：A、中央处理器CPU(U₁)的P3.6、P3.7分别接提升电阻R₇、R₈，E²PROM(U₃)的5、6脚，端子A₁、A₂，电阻R₇、R₈另一端接电源正；P3.3、P3.4、P3.5分别经电阻(R₃、R₄、R₅)接达林顿管陈列(U₂)的1、2、3脚，RST接电介电容(C₃)的负极，电容正极接电源正。X₁、X₂接晶振U₁₅，同时接电容C₁、C₂，C₁、C₂的另一端接地；INT1接传感器U₁₄的2脚；T0接电压比较器393(U₁₂)的1脚；P3.0和T0脚相连；P3.1接提升电阻R1和接触开关K₁；P3.2接提升电阻R₂和接触开关K₂；电阻R₁、R₂的另一端接电源正，K₁、K₂另一端接地。

B.数据存贮器E²PROM(U₃)的1、2、3脚接地；卡上A₄端子口接主板地，A₅端子口接主板电源正；

C.驱动电路由达林顿晶体管阵列，电阻R₉，发光管U₅，电阻R₁₀，讯响器U₆，直流马达U₇，等器件组成；达林顿晶体管阵列(U₂)的16脚接电阻R₉，R₉另一端接发光管U₅的负极，其正极接正电源；15脚接电阻R₁₀，R₁₀另一脚接讯响器U₆，U₆另一端接电源正；14脚接直流马达U₇，U₇另一端接电源正；

D.传感器U₁₄的1脚接电源正，3脚接地，2脚接CPU(U₁)的19脚；

E.电压过低检测电路由稳压电源U₉)，电容器(C₃、C₄、U₉、C₆、C₅)，电池充电U₁₀、电源切换U₁₁、电压过低检测U₁₃等器件组成，详细连接如下：电源稳压器U₉的输出脚(2脚)接二极管U₁₀的正极，负极接系统电源正，同时，经R₁₁接电池(D)正极，同时电池D正极又经二极管U₁₁的正极连至电源正。比较器的1脚接电阻R₁₅，R₁₅另一端接电源正；2脚接电阻R₁₃和U₁₃的负极，R₁₃另一端接电源正，U₁₃的正极接地；3脚接电阻R₁₂、R₁₄，R₁₂的另一端接电池D正极，R₁₄另一端接地。

3.根据权利要求1或者2所述的电卡(IC卡)式煤气自动控制器，其特征是断气机构可由包含有直流马达(3)、传动变速齿轮(7)构成，其传动变速齿轮(7)直接与球型阀固定连接，传动变速齿轮(7)上装有到位接触器(8)，直流马达(3)上的齿轮直接与传动变速齿轮啮合，直流马达的控制线与控制电路相接。

4.根据权利要求1或者2所述的电卡(IC卡)式煤气自动控制器，其特征是断气机构可直接由电磁阀构成，电磁阀的控制线与控制电路相接。

5.根据权利要求1所述的电卡(IC卡)式煤气自动控制器，其特征是磁钢(5)和传感器(6)最好装在煤气表百分位传动齿轮上。

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