CN2306484Y - 模糊控制智能卡安全型燃气表 - Google Patents

Abstract

模糊控制智能卡安全型燃气表,采用用于初始计量机械表芯,特征是设置由检测电路、单片机和电磁阀构成的控制装置,包括:流量信号转换、配合智能卡使用的卡插座、卡插座电源、插拔卡检测、具有双时钟结构的时基发生、电池欠压检测、掉电复位、液晶显示、安全电磁阀控制、安全电磁阀复位锁定、网络通讯和外部关断信号。本实用新型预防燃气使用中可能出现的泄漏或脱管等意外事故的发生,准确计量,实现燃气智能卡预付费和管理自动化。

Description

模糊控制智能卡安全型燃气表

本实用新型涉及燃气计量装置。更具体地说，是一种包括有计数轮盘的机械表芯的燃气表。

现有技术中的燃气表基本状况如下：

1．普通机械式燃气表。仅具有单一的计量功能，计量精度较低，燃气收费采用人工查表收费，较为落后。

2．代用币燃气表。与普通机械式燃气表相比，虽然不用人工查表收费，但仍需人工回收代用币，防伪、遗失，难以防范。

3．磁卡式燃气表。与代用币燃气表利弊大致相同，但结构更为复杂，而且磁记录信号可靠性较差。

4．集中式户外抄读燃气表。这种燃气表以无线或有线方式采集普通燃气表的燃气数据，但仍需人工收费。

5．IC卡燃气表。绝大多数IC卡表都是采用在普通机械式燃气表上附加另外的机械结构，解决燃气表使用的自动收费。由于普通机械式燃气表计量分辨率低，不能解决微量泄漏的动态检测，及时关断燃气，实现本质安全功能。

本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，提供一种能克服现有各种燃气表的缺点的新型模糊控制智能卡安全型燃气表，预防燃气使用中可能出现的泄漏或脱管等意外事故的发生，准确计量，并为通过电话线进行网络通讯提供必要的前提条件，同时实现燃气智能卡预付费和管理自动化。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

本实用新型采用用于初始计量、包括有计数轮盘的机械表芯。

本实用新型的结构特征是设置由检测电路、单片机和电磁阀构成的控制装置，包括：

一个由磁性传感器S1、电阻R1和门电路ICla组成的流量信号转换电路，输出至单片机IC3端口A0；

一个与智能IC卡配合使用的卡插座CZ1，以及卡插座CZ1与单片机IC3输入端口A1～A4间的接口电路；

一个由晶体管T1、电阻R2、R3构成的、提供智能卡座CZ1电源、读写完毕后即关闭的卡电源控制电路，晶体管T1基极经基极电阻R3接至单片机IC3端口A5；

一个插拔卡检测电路，包括由电阻R5和开关K2构成，输出卡盒定位信号至单片机IC3端口A7的卡盒检测电路和由电阻R4和开关K1构成、产生卡插入信号并输入至单片机IC3端口A6的插卡检测电路；

一个时基发生电路，采用双时钟结构，包括由晶体Q1和电容器C5、C6构成主CPU工作时钟；由晶体Q2和时基分频电路IC5构成外部定时时钟；

一个电池欠压检测电路，由比较器IC2、晶体管T2、稳压管D1和电阻R8、R9、R10、R11、R12组成，晶体管T2基极通过电阻R9与单片机IC3端口B1连接，比较器IC2输出接至单片机IC3端口B2；

一个电池掉电检测电路，采用电压检测器IC4，其输出接至单片机IC3端口B3；在电池首次通电和电压下降至下限值时，输出一电池掉电信号；

一个掉电复位电路，由电容C2、C3、C4、C7、二极管D2、D3、D4、D5、电阻R13、R14、R15、R16、R17以及门电路IC1b、IC1c构成，该电路通过电容C2、C3、C4和C7分别接至单片机IC3电池掉电检测电路输入端(端口B3)、插卡检测输入端(端口A6)、时基分频电路输入端(端口B4)以及流量信号转换电路输入端(端口A0)；

一个液晶显示电路，采用带驱动电路的液晶显示器IC8，单片机IC3的端口C0、C1作为液晶驱动电路的数据信号和控制信号端；

一个安全电磁阀控制电路，由晶体管T3、T4和电阻R18、R19、R20、R21以及续流二极管D6组成，电磁阀之电磁线圈Z1接在D6两端；

一个安全电磁阀复位锁定电路，由晶体管T5、T6和电阻R22、R23、R24、R25以及续流二极管D7组成，电磁阀之锁定电磁线圈Z2接在D7两端；

一个网络通讯电路，由光电管IC6、IC7和电阻R26、R27以及光电隔离接口插座CZ3构成；

一个外部关断信号电路，由电阻R6、R7，电容C1以及接口插座CZ2构成，其输出接至单片机IC3端口B0。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1．本实用新型将机械燃气表、智能化电子测控装置、智能卡一体化，安全、可靠。

2．本实用新型通过人工智能模糊控制工作程序，可综合判断燃气使用状态，并根据时间和流量的有效测量，及时控制安全电磁阀，从而有效预防泄漏、脱管等意外事故的发生，确保用户安全。

3．本实用新型从根本上改变了传统的入户抄表收费方式，保密功能强，实现收费自动化。

4．本实用新型预设的网络通讯接口电路为使燃气表中的单片机系统利用电话网络，并以话机作为控制和通讯终端所必要的前提条件提供了保证。

5．本实用新型采用低功耗、低电压供电、大规模集成电路单片计算机，在节能程序控制下，单片机系统和相关的外围辅件平时处于掉电休眠状态，读卡、外部信号输入系统后启动并进行相应处理。此外，安全电磁阀在开启、关闭状态均不耗电，只在状态转换瞬间用电，这样使本实用新型中控制电路功耗极低，单节长效锂电池可使用10年以上。

图一为本实用新型电原理图。

图二为本实用新型安全电磁阀结构示意图。

图三为本实用新型安全电磁阀复位锁定装置结构示意图。

以下通过实施例，结合附图对本实用新型作进一步描述。

实施例：

本实施例采用用于初始计量、包括有计数轮盘的机械表芯，并设置由检测电路、单片机和电磁阀构成的控制装置。

如图一所示，控制电路采用低电压工作、低功耗的单片机IC3。

由磁性传感器S1、电阻R1和门电路IC1a组成的流量信号转换电路，输出至单片机IC3端口A0。具体实施是在机械燃气表计数机构(如计数轮盘)上粘结一小块永久磁铁，磁性传感器S1固定在相应位置的支架上，计数机构回转一周，S1产生一个电脉冲，经门电路IC1a耦合后接至单片机IC3输入端A0进行启动计量、计费和安全控制。该计量传感装置具有成本低廉、可靠性高和低功耗等优点。

设置与智能IC卡配合使用的卡插座CZ1，以及卡插座CZ1与单片机IC3输入端口A1～A4间的接口电路。本实施例中，采用由8位内藏CPU、存储器和标准化8个触点组成的智能卡，通过卡插座CZ1与单片机IC3的端口A1～A4相连接，用于记录用户预购燃气数和用户密码、状态标志等。该卡可擦写次数大于10万次，读出寿命接近无限，数据保存时间不少于10年；能进行三重加密并可多重随机加密，破译概率几乎为零。

由晶体管T1、电阻R2、R3构成卡电源控制电路，晶体管T1基极经基极电阻R3接至单片机IC3端口A5。该电路提供智能卡插座CZ1的电源，并在读写完毕后即关闭，以达到节能的目的。

插拔卡检测电路包括由电阻R5和开关K2构成、输出卡盒定位信号至单片机IC3端口A7的卡盒检测电路和由电阻R4和开关K1构成、产生卡插入信号并输入至单片机IC3端口A6的插卡检测电路。由于燃气表特殊的工作环境，本实施例中，在燃气表的外壳上设置一只密封的防护盒，打开防护盒密封盖，电阻R5和开关K2则输出卡盒定位信号；插卡后重新盖好密封盖，启动读卡和解密程序，液晶显示器工作并给出读卡结束信号，用户即可打开防护盒取卡，取后重新密封，开关K2和电阻R5重新输出卡盒定位信号，一次读卡过程结束。

时基发生电路采用双时钟结构，包括由晶体Q1和电容C5、C6构成主CPU工作时钟；由晶体Q2和时基分频电路IC5构成外部定时时钟。外部定时时钟所产生的时基脉冲信号输出到单片机IC3端口H1，用于短时间精确的时间测量；经时基分频电路IC5分频后的脉冲信号则通过电容C4输出至掉电复位电路，产生一长时间的定时信号。

一个电池欠压检测电路，由比较器IC2、晶体管T2，稳压管D1和电阻R8、R9、R10、R11、R12组成，晶体管T2基极通过电阻R9与单片机IC3端口B1连接，比较器IC2输出接至单片机IC3端口B2；单片机IC3端口B1输出低电平，当电池Vcc欠压时，电阻R12上电压较小，比较器IC2不反转，由单片机IC3端口B2的状态，可知电池已经欠压。

电池掉电检测电路，采用专用电压检测器IC4，为一只三端器件，其输出接至单片机IC3端口B3。当电池电压低于工作电压下限值时，IC4输出单个脉冲信号，单片机IC3启动电池掉电处理程序，关闭燃气表安全阀并进行锁定，同时由液晶显示LCD给出状态提示信号。

掉电复位电路由电容C2、C3、C4、C7、二极管D2、D3、D4、D5、电阻R13、R14、R15、R16、R17以及门电路IC1b、IC1c构成，该电路通过电容C2、C3、C4和C7分别接至单片机IC3电池掉电检测电路输入端(端口B3)、插卡检测输入端(端口A6)、时基分频电路输入端(端口B4)以及流量信号转换电路输入端(端口A0)。当有更换电池、插卡信号、定时信号或流量信号时，向单片机IC3复位端口Reset提供复位信号，启动单片机工作。并根据IC3端口A0、A6、B3或B4的状态启动相应的处理程序。

液晶显示电路采用带驱动电路的液晶显示器IC8，单片机IC3的端口C0、C1作为液晶驱动电路的数据信号和控制信号端。液晶显示器在燃气表正常使用时不工作，以便节能。当电池电压不足时，燃气表关闭阀门并给出欠压状态显示。欠压情况下，仍能人工复位并继续工作一定时间。当打开防护盒密封盖并插入智能卡时，液晶显示器显示卡中剩余的预购气量。当预购气量低于一定值时，液晶显示自动提示用户重新购气；当预购气量用完时，燃气表安全电磁阀关闭并锁定，不允许人工复位，此时用户必须重新用IC卡购气后才能继续使用。

安全电磁阀控制电路，由晶体管T3、T4和电阻R18、R19、R20、R21以及续流二极管D6组成，电磁阀之电磁线圈Z1接在D6两端。该电路用于在单片机IC3端口C2的控制下，实现安全阀的自动关闭。

安全电磁阀复位锁定电路，由晶体管T5、T6和电阻R22、R23、R24、R25以及续流二极管D7组成，电磁阀之锁定电磁线圈Z2接在D7两端。该电路用于在单片机IC3端口C3的控制下，实现对安全阀复位锁定装置的控制。

模糊控制是这样实现安全控制的，当流量检测电路在几秒的短时间内检测到大于燃气表的正常流量的大流量、或者检测到数小时以上的长时间小流量以及其他异常流量情况时，综合此前一段时间燃气的流量记录，判断燃气系统是否处于异常状态，若处于异常状态，则关闭安全电磁阀，并由液晶显示器显示异常状态的种类，用户可在消除其原因后将安全电磁阀人工复位，恢复正常工作。

安全电磁阀和复位锁定电路的耗电极低，每动作一次仅工作0．02秒的时间，即使平均每小时动作一次也不影响燃气表电池的正常工作寿命。

网络通讯电路由光电管IC6、IC7和电阻R26、R27以及光电隔离接口插座CZ3构成。外部信号通过CZ3实现与单片机端口C4、C5的双向通讯功能。

外部关断信号电路，由电阻R6、R7、电容C1以及接口插座CZ2构成，其输出接至单片机IC3端口B0。外部强制关断信号通过本电路与单片机端口B0联接。

本实施例中采用低电压供电、低功耗单片机IC3，选择能在3V电压下工作的全静态结构，通过半导体掩膜工艺，将存储器RAM、ROM和相关外围电路与CPU一体封装，结合节能工作程序控制，使燃气表的平均功耗低至微安级，降低产品成本、提高可靠性，确保电池长时间供电至10年。单片机工作程序由初始化程序、卡读写程序、加密解密程序、燃气计量程序、安全处理程序、电池欠压掉电处理程序、节能工作程序、通讯程序等组成。其中，节能程序在没有流量输入信号或掉电复位信号输入时，使单片机的主CPU时钟关闭，单片机处于功耗最低的休眠状态，从而达到节能目的。

参见图二和图三，安全电磁阀由主阀和复位锁定装置构成。

如图二所示，主阀之阀杆1为动铁芯，相应位置的阀体2上方设置电磁线圈，顶部设置磁性定铁芯3，在阀芯4上方设置压簧5，复位杆6位于阀芯4下方，滑动设置在复位杆套7中。图中示出，电磁线圈由线圈8、线圈骨架9、轭铁10和下轭铁11构成。燃气表正常使用时，磁性定铁芯3与动铁芯阀杆1之间的吸引力能够克服压簧5的张力，阀门完全打开。当线圈8在安全电磁阀控制电路控制下通电时，产生的电磁力与磁性定铁芯3、动铁芯阀杆1间吸引力相反，在压簧5张力作用下，阀门完全关闭。复位时，在复位杆6的推动下，磁性定铁芯3与动铁芯阀杆1之间吸引力重新克服压簧5的张力，打开阀门。

复位锁定装置是在复位杆6尾部承接锁定滑杆12，杆侧不同位置上分别设置凸顶20及开设锁口13，对应锁口13设置锁定挡块14，锁定挡块14固定在杠杆式锁定板15的端部一侧，该端另一侧设置拉簧16，所述锁定板15的另一端固定永磁体17，对应设置由轭铁18和线圈19构成的电磁体。在复位锁定装置中，永磁体17与轭铁18之间的吸引力可克服拉簧16的张力，锁定挡块14卡进锁定滑杆12的锁口13中，从而限制锁定滑杆12的滑动，锁定人工复位。当线圈19在复位锁定电路的控制下通电时，产生的电磁力与永磁体17和轭铁18之间的吸引力相反，在拉簧16的作用下，锁定板15动作，锁定挡块14脱离锁口13，可实现人工复位。人工复位时，向上推动锁定滑杆12，在锁定滑杆12上凸顶20的作用下，锁定板动作，永磁体17重新和轭铁18吸合，锁定人工复位，等待下一次动作。

Claims (2)

1．一种模糊控制智能卡安全型燃气表，采用用于初始计量、包括有计数轮盘的机械表芯，其特征是设置由检测电路、单片机和电磁阀构成的控制装置，包括：

一个由磁性传感器S1、电阻R1和门电路IC1a组成的流量信号转换电路，输出至单片机IC3端口A0；

一个与智能IC卡配合使用的卡插座CZ1，以及卡插座CZ1与单片机IC3输入端口A1～A4间的接口电路；

一个由晶体管T1、电阻R2、R3构成的、提供智能卡座CZ1电源、读写完毕后即关闭的卡电源控制电路，晶体管T1基极经基极电阻R3接至单片机IC3端口A5；

一个插拔卡检测电路，包括由电阻R5和开关K2构成、输出卡盒定位信号至单片机IC3端口A7的卡盒检测电路和由电阻R4和开关K1构成、产生卡插入信号并输入至单片机IC3端口A6的插卡检测电路；

一个时基发生电路，采用双时钟结构，包括由晶体Q1和电容C5、C6构成主CPU工作时钟；由晶体Q2和时基分频电路IC5构成外部定时时钟；

一个电池欠压检测电路，由比较器IC2、晶体管T2、稳压管D1和电阻R8、R9、R10、R11、R12组成，晶体管T2基极通过电阻R9接至单片机IC3端口B1，比较器IC2输出接至IC3端口B2；

一个电池掉电检测电路，采用电压检测器IC4，其输出接至单片机IC3端口B3；

一个掉电复位电路，由电容C2、C3、C4、C7、二极管D2、D3、D4、D5、电阻R13、R14、R15、R16、R17以及门电路IC1b、IC1c构成，该电路通过电容C2、C3、C4和C7分别接至单片机IC3电池掉电检测电路输入端(端口B3)、插卡检测输入端(端口A6)、时基分频电路输入端(端口B4)以及流量信号转换电路输入端(端口A0)；

一个液晶显示电路，采用带驱动电路的液晶显示器件IC8，单片机IC3的端口C0、C1作为液晶驱动电路的数据信号和控制信号端；

一个安全电磁阀控制电路，由晶体管T3、T4和电阻R18、R19、R20、R21以及续流二极管D6组成，电磁阀之电磁线圈Z1接在D6两端；

一个安全电磁阀复位锁定电路，由晶体管T5、T6和电阻R22、R23、R24、R25以及续流二极管D7组成，电磁阀之锁定电磁线圈Z2接在D7两端；

一个网络通讯电路，由光电管IC6、IC7和电阻R26、R27以及光电隔离接口插座CZ3构成；

一个外部关断信号电路，由电阻R6、R7，电容C1以及接口插座CZ2构成，其输出接至单片机IC3端口B0。

2．根据权利要求1所述模糊控制智能卡安全型燃气表，其特征是所述的安全电磁阀由主阀和复位锁定装置构成，所述主阀之阀杆(1)为动铁芯，相应位置的阀体(2)上方设置电磁线圈，顶部设置磁性定铁芯(3)，在阀芯(4)上方设置压簧(5)，复位杆(6)位于阀芯(4)下方，滑动设置在复位杆套(7)中；复位锁定装置是在复位杆(6)尾部承接锁定滑杆(12)，杆侧不同位置上分别设置凸顶(20)及开设锁口(13)，对应锁口(13)设置锁定挡块(14)，锁定挡块(14)固定在杠杆式锁定板(15)的端部一侧，该端另一侧设置拉簧(16)，所述锁定板(15)的另一端固定永磁体(17)，对应设置由轭铁(18)和线圈(19)构成的电磁体。

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