CN2308103Y - 智能ic卡燃气表计量控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种管道燃气计量控制装置。本装置由单片机通过电磁阀驱动电路而控制阀的通断,当燃气流经阀门再流过计量表或卡座中插入IC卡时,在单片机睡眠状态下可唤醒单片机。单片机通过卡座读取IC卡上的表示存气量的数据送至数据存储电路存贮,并消除卡上的信息。在燃气流经计量表后,由单片机记数并将数据存储电路中的表示贮气量的数据精确减少。本装置能稳定可靠地工作于强电磁干扰的场合,安全性高,能耗低。
Description
本实用新型涉及一种管道燃气计量控制装置。
随着国发经济的迅速发展，城乡人民的生活水平日益提高，城市基础设施的建设也取得了巨大的成就，管道煤气和管道液化气已成为城镇居民的主要生活燃料之一。虽然燃气用具已有较迅速的发展，但燃气计量仪表仍停留在无源机械计量方式上，摆脱不了入户抄表收费这种原始低效的作业方式和管理方式。作为其改进，中国专利申请CN2217819Y提供了一种预购煤气电子卡计量装置，但这种装置结构较复杂、成本较高、耗能也较高，且因设有译码器等电路易受干扰而易使数据传输造成误码，实用性较差。
本实用新型的目的是，提供一种抗干扰性较强、可靠性高、耗电低、成本也较低且实用性强的智能IC卡燃气表计量控制装置。
实现本实用新型目的的技术方案是(参见图1)，本装置具有单片机(1)、卡座(2)、电磁阀驱动执行电路(5)、数据存储电路(6)及流量检测电路(7)，单片机(1)的输入输出端口的输出端与电磁阀驱动执行电路(5)的控制端相连，单片机(1)的输入输出端口的数据端与数据存储电路(6)的数据端相连，其结构特点是，本装置还具有直流升压及电压检测电路(3)、睡眠唤醒电路(8)，直流升压及电压检测电路(3)具有直流电源输入端，直流升压及电压检测电路(3)的升压电源输出端与电磁阀驱动电路(5)的电源端相连，直流升压及电压检测电路(3)的电压信号输出端与单片机(1)的输入输出端口的输入端相连。单片机(1)的输入输出端口的输出端与直流升压及电压检测电路(3)的控制端相连；流量检测电路(7)的输出接单片机(1)的计数端，且流量检测电路(7)的输出端及卡座(2)的芯线端口的输出端与睡眠唤醒电路(8)的唤醒输入端相连，睡眠唤醒电路(8)的输出端与单片机(1)的复位端相连：卡座(2)的芯线端口与单片机(1)的输入输出端口相连。
参见图2，上述单片机(1)是型号为PIC16C54的集成电路U2，U2的时钟端OSCl及OSC2与晶振电路相连；数据存储电路(6)是型号为24LC01B的电可擦写式只读存储器E2PROM；卡座(2)是可插入E2PROM式IC卡的卡座。卡座(2)设有数据端SDA、时钟端SCL、检测端R/W、电源端Vcc及地端GND，卡座(2)的时钟端SCL接U的RB5端，卡座(2)的检测端R/W通过限流电阻R4与U2的输入输出端口的插卡信号输入端RB3相连，且该检测端R/W与唤醒电路(8)的阻容网络的C9和R7的公共接点相连，数据端SDA与U2的输入输出端口的RA0双向连接。流量检测电路(7)中所用的检测部件为干簧管S1，干簧管S1的一端接地、另一端作为信号输出端通过电阻R11与U2的复位端RTCC端相连，干簧管S1的信号输出端与唤醒电路(8)的作为另一唤醒输入端的阻容网络的C10和R10的公共接点相连。唤醒电路(8)具有两个阻容网络、两个与非门电路及上拉电阻R8、R9，第一阻容网络由R10及C10构成，第二阻容网络由R7及C9构成，且C10的另一端与第一级与非门电路U5：A的一个输入端相连，C9与U5：A的另一个输入端相连；上拉电阻R8的一端与R7的另一端相连，且它们的公共接点为电源输入端，R8的另一端与C9和U5：A输入端的公共接点相连；上拉电阻R9的一端与R10的另一端相连，且它们的公共接点为电源输入端，R9的另一端与C10和U5：A的公共接点相连；U5：A的输出端与第二级与非门电路U5：B的输入端相连，U5：B的输出通过R12接U2复位端MCLR端。直流升压及电压检测电路(3)的直流电源输入端的正极端与电感L1的一端相连，L1的另一端与二极管的正极及型号为MAX761的升压模块U1的LX端相连，二极管的负极与电容C2的正极及U1的V+端相连，C2的负极与地相连、且C2的负极是直流电源输入端的负极端，C2与二极管负极的公共接点为直流升压及电压检测电路(3)的升压电源输出端；直流升压及电压检测电路(3)的直流电源输入端的正极端还通过电阻R1与U1的LBI端相连，U1的LBO端通过电阻R3与U2的RA3端相连，且U2的RA2端与U1的SHDN端相连。电磁阀驱动电路(5)的三极管Q1的基极与电阻R15的一端相连，R15的另一端为电磁阀驱动电路(5)的控制端，该控制端与U2的RB4端相连；Q1的集电极通过电阻R14与直流升压及电压检测电路(3)的升压电源输出端相连，且Q1的集电极还与型号为SI9952DY的集成驱动电路块U3的G1及G2端相连，U3的S2端与直流升压及电压检测电路(3)的升压电源输出端相连，U3的D1及D2端是与双稳态电磁阀L2的一端相连的端口，电容C14的正极是与L2的另一端相连的端口，C14的负极接地。数据存储电路(6)是型号为24LC01B的E2PROM集成块U4，其时钟端SCL接U2的RB5端，U4的数据端SDA接U2的RA1端。
参见图2，本装置还具有显示电路(4)及音响报警电路(9)，显示电路(4)为LCD液晶显示模块，其输入端与单片机(1)的输入输出端口的输出端相连，音响报警电路(9)的输入端与单片机(1)的输入输出端口的输出端相连。
上述液晶显示电路(4)是型号为EDM-C002的模块，模块的SCL端与U2的RB6端相连，其SDA端与U2的RB7端相连，且U2的RB6端与地之间串联有二极管D4及电容C15，二极管D4与C15的公共接点与模块的电源端VCC相连。
上述音响报警电路(9)具有与非门电路U5：C、发声器件SP及电容C12、电阻R13，U5：C的一个输入端与U2的RB1端相连，C12串联在U5：C的另一个输人端与地之间，R13联接在Cl2和U5：C的的公共接点与U5：C的输出端之间，且U5：C的输出端与R13的公共接点与SP的一端相连，SP的另一端为电源输入端。
本实用新型具有积极的效果。本装置的电路简洁明了，基本上设有中间电路来传输电信号，结构紧凑，能稳定可靠地工作于强电磁干扰的场合，与有关防破译和异常处理程序配合使用后，可对付旨在窃气、复制的各种非法操作。电源可以使用干电池，电气安全性能很高。同时能耗也很低。
图1为本实用新型的电路框图。
图2为本实用新型的电原理图。
图3为本实用新型电磁阀驱动电路的电原理图。
图4为本实用新型流量检测电路和睡眠唤醒电路的电原理图。
图5为本实用新型液晶电路的示意图。
图6为本实用新型单片机中的控制程序的框图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
实施例1、
见图1及图2，将各元器件按图2所示连接方法联连即构成本实施例的装置。单片机(1)采用型号为PIC16C54的集成块U2。PIC16C54是MICROCHIP公司生产的8位单片机，片内带有512×12的EPEOM、32×8的RAM以及12个I/O口，该单片机功耗低、工作电流(5V，4MMZ)＜2mA，睡眠时静态电流＜3μA，工作电压低、为2.5V～6.25V，高速度、在4MHZ时钟下绝大部分的指令周期仅1μS。单片机(1)也可选择低成本的一次性用户编程型(OTP)器件。
直流升压及电压检测电路(3)中的升压模块是MAXIM公司生产的型号为MAX761的集成块U1，电池通过L1向U1的LX脚供电，由于MAX761内部的振荡，L1不断产生高的自感电动势，在LX脚对地呈现开路的情况下，通过D1及D2向电容C2充电，使C2上电压达12V。从C2引出12V输出线接电磁阀驱动电路(5)作电源，通过隔离二极管D3输出的4V左右的直流电压，供单片机等其余电路作工作电源。V+脚用以检测C2上的电压大小，LBI脚经过电阻R1和R0构成的分压网络监控电池电压，当电池组断开或电压低于3.0V时。LBO脚将通过R3输出至U2的RA3脚一低电平，以告知U2电池欠压或开路。使程序转人关闭睡眠状态，从U2的RA2脚输出作为关断信号的高电平至U1的SHDN脚，升压电路即停止工作，并由音响报警电路(9)音响提示。此时整个电路静态电流大为降低，最大只有5μA。待用户更换新电池接通电池电压后方能进入正常工作。
电磁阀驱动电路(5)中的集成块U3是SILIOCONI公司生产的型号为SI9952DY的驱动电路集成块，见图3，U3的内部具有一只N沟道和一只P沟道组成的MOSFET，其特点是驱动电流大于2安培，功耗极低。导通时，电压降落仅0.2V左右。U2的RB4端为控制信号的输出端。当控制信号输入为高电平时，Q1导通，PMOS管S2导通，NMOS管S1截止，12V电源流过电磁阀L2向C14充电，阀即被打开；当控制信号为低时，情况正好相反，C14通过电磁阀L2、NMOS管S1放电，因流经L2的电流方向相反，此双向双稳态电磁阀L2即被关闭。
见图4，流量检测电路(7)中的传感元件为干簧管S1，在燃气计量表的1升计数轮上粘一小磁纲，S1设置在靠近1升计数轮处。当燃气计量表有计数时，小磁钢每旋转一周，即吸合及释放干簧管一次，并使S1计数脉冲输出端输出一负脉冲经电阻R11至U2的RTCC脚进行计数。在程序控制下，显示器与数据存储电路(6)中的内存气量作递减1处理。R10兼做上拉电阻，在S1断开时，向U2的RTCC提供高电位。
见图5，液晶显示电路(4)采用型号为EDM-C002的模块，该模块内含一个100HZ的振荡源，2个40位移位寄存集成电路和一个LCD液晶显示屏。整个模块功耗极微，耗电50μA左右，工作电源直接通过二极管D4和电容C15自时钟信号线上取得。见图2，工作时显示信息按一定的时序串行进入移位寄存器，通过位输出(BITOUTPUT)点亮相应的笔划，显示出正确的数据。显示模块的时端SCL受控于U2的RB6口，数据端SDA受控于U2的RB7口，U2按程序运行要求向显示器送数时，在RB6脚发出的时钟信号下降沿的情况下，将数据端RB7上的信号经数据线串行移入移位寄存器。经译码器译出规定的段位构成直观的数字或字母符号显示。LCD显示器有8位显示，用在本实施例中采用后6位，6位中前三位为M3整数显示，后三位为0.000M3显示，用小数点区别。电路进入睡眠时显示ONSLEEP，电池电压低时显示LOW BATT。
见图2，数据存储电路(6)采用型号为24LC01B的E2PROM集成块U4，该电路也是一片CMOS低功耗器件，在2.5V电池电压下仍可工作。等待电流仅为10μA，掉电后保存的数据时间为40年以上。由于采用I2C串行总线协议，该电路与U2的连接非常简单，所有读写的数据只通过一根双向数据线进行传输。亦即U2的RB5脚与U4的时钟端SCL相连，U2的RA1端与U4的数据端SDA端相连。在RB5发出时钟信号下降沿时，通过数据线由U2的RA1脚经U4的SDA脚向U4串行读写数据。
见图2，卡座(2)的时钟端SCL接U2的RB5脚，由U2的RB5口提供读写卡时所需的时钟信号，卡座(2)的数据端SDA端接U2的RA0脚、由U2的RA0口读写卡上的数据信号，卡座(2)的R/W端通过限流电阻R4接U2的RB3脚，且通过由R7、C9组成的第一阻容网络，连接到睡眠唤醒电路(8)的U5：A的一个输入端，卡座(2)的VCC端与直流升压及电压检测电路(3)的4V输出端相连，GND接地。卡座(2)内部是一个压接开关，当有卡插入时，开关压接，拔出卡时断开。IC卡是一片AT24C01B电路，支持双向两线总线和数据传输规程、以封装卡的形式构成的集成电路，其容量为128×8位。
当有卡插入卡座(2)时，卡座(2)内压接开关将地线接通，构成+4V电源的回路，向IC卡供电，以避免IC卡插入时受到电源冲击。这个地电位输至睡眠唤醒电路(8)，亦即经其由R7、C9组成的阻容网络传输至U5：A的一个输入端，在本控制装置睡眠状态下唤醒本装置。同时该地电位通过R/W端及R4送到U2的RB3口，通知U2转入读卡程序；由U2的RA0口通过卡座(2)的SDA端与IC卡进行双向串行数据的传输。首先，由U2通过RA0口对卡进行真伪判断。若真卡、将卡上的内容读出，由RA0口进入U2，在内部程序控制下与经RA1口输入的来自U4中的累计存气量的数据相加再送U4储存以及送显示。其次，U2通过RA0清除卡上的内存，并音响提示读卡完毕，请拔出卡。若是伪卡，本控制装置只有音响，而无其它显示，并对伪卡的内容进行清除。
见图2，为节约电池能量，本控制装置在用户停用燃气超过一定时间(本实施例设为15分钟)后，会由程序自动进入睡眠状态，这时整个控制装置的功能仅为几百微安。若此时将控制装置唤醒，电路上有二种唤醒方式。一种是用户用气唤醒。使用燃气时，流动的气流带动小转盘旋转，旋转一周即吸合/释放干簧管S1一次，在S1的输出端输出一负脉冲至U2的RTCC脚进行计数的同时这负脉冲通过C10输入U5：A的第2脚，使与非门U5：A发生暂态翻转。因为在睡眠程序执行前已将U2的RB0口置为高电平为“1”(也即U2的使能信号为“1”)，所以U5：B也将发生翻转，输出一低电平唤醒信号至U2的复位端MCLR、而使U2启动、开始工作。另一种是插卡唤醒。当将IC卡插入卡座(2)中时，由R/W端输出一低电位至睡眠唤醒电路(8)的R7C9阻容网络，在C9形成一负脉冲，该负脉冲使U5：A发生暂态翻转，并带动U5：B翻转，而输出一低电平唤醒信号至U2的复位端MCLR使U2启动。
音响报警电路(9)由U5：C组成RC振荡器，音频由陶瓷压电片SP发声，受控于U2的RB1口。
本控制装置的单片机U2所用的程序框图由图6给出。简述如下：
当本装置的阀门L2处于关阀状态，则单片机U2的复位有上电复位和插卡唤醒复位两种形式。复位后U2初始化，从U4读取积存数至U2中，并向显示电路(4)输送信号显示积存数，当积存数小于2m3音响提示用户注意气量快用完；当积存数为0而又无卡插入则U2转入睡眠状态；当积存数大于2m3，则判断电池是否欠压(＜3.0V)，若欠压则U2转入睡眠，若电压正常则从U2的RB4脚输出一高电平打开阀门；此时即可使用燃气用具，只要在15分钟之内有燃气流过计量表，则流量检测电路(7)的干簧管S1产生吸合及断开的动作，每个负脉冲经R11输至U2的RTCC端进入U2进行计数，将U4中的存气量的数据减少。若连续15分钟不使用燃气用具则U2进入睡眠状态。在15分钟之内无论有无流量，则判断卡座(2)上有无IC卡，无卡则程序回复至读积存数进行循环。
若有卡则判卡的真伪，是伪卡则消除卡上内容并音响提示，程序再回复至读积存数进行循环，是真卡则将卡上的数据读入U2并清除卡上的内容。再将读入U2的内容累加至U4中，再音响提示，程序再回复至读积存数进行循环。在阀门L2开启后的程序运行中无论是电池欠压还是存气量为0，阀门L2均关闭。
当本装置的阀门L2处于开阀状态，则单片机U2的复位有插卡唤醒复位或用户用气唤醒复位两种形式。当电池欠压或是存气量为0M3，则阀门L2关闭，其余与上述步骤相同。
Claims (5)
1、一种智能IC卡燃气表计量控制装置，具有单片机(1)、卡座(2)、电磁阀驱动执行电路(5)、数据存储电路(6)及流量检测电路(7)，单片机(1)的输入输出端口的输出端与电磁阀躯动执行电路(5)的控制端相连，单片机(1)的输入输出端口的数据端与数据存储电路(6)的数据端相连，其特征在于，本装置还具有直流升压及电压检测电路(3)、睡眠唤醒电路(8)，直流升压及电压检测电路(3)具有直流电源输入端，直流升压及电压检测电路(3)的升压电源输出端与电磁阀驱动电路(5)的电源端相连，直流升压及电压检测电路(3)的电压信号输出端与单片机(1)的输入输出端口的输入端相连，单片机(1)的输入输出端口的输出端与直流升压及电压检测电路(3)的控制端相连；流量检测电路(7)的输出接单片机(1)的计数端，且流量检测电路(7)的输出端及卡座(2)的芯线端口的输出端与睡眠唤醒电路(8)的唤醒输入端相连，睡眠唤醒电路(8)的输出端与单片机(1)的复位端相连；卡座(2)的芯线端口与单片机(1)的输入输出端口相连。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，单片机(1)是型号为PIC16C54的集成电路U2，U2的时钟端OSC1及OSC2与晶振电路相连；数据存储电路(6)是型号为24LC01B的电可擦写式只读存储器E2PROM；卡座(2)是可插入E2PROM式IC卡的卡座；
卡座(2)设有数据端SDA、时钟端SCL、检测端R/W、电源端Vcc及地端GND，卡座(2)的时钟端SCL接U2的RB5端，卡座(2)的检测端R/W通过限流电阻R4与U2的输人输出端口的插卡信号输入端RB3相连，且该检测端R/W与唤醒电路(8)的阻容网络的C9和R7的公共接点相连，数据端SDA与U2的输入输出端口的RA0双向连接；
流量检测电路(7)中所用的检测部件为干簧管S1，干簧管S1的一端接地、另一端作为信号输出端通过电阻R11与U2的复位端RTCC端相连，干簧管S1的信号输出端与唤醒电路(8)的作为另一唤醒输入端的阻容网络的C10和R10的公共接点相连；
唤醒电路(8)具有两个阻容网络、两个与非门电路及上拉电阻R8、R9，第一阻容网络由R10及C10构成，第二阻容网络由R7及C9构成，且C1O的另一端与第一级与非门电路U5：A的一个输入端相连，C9的另一端与U5：A的另一个输入端相连；上拉电阻R8的一端与R7的另一端相连，且它们的公共接点为电源输入端，R8的另一端与C9和U5：A输入端的公共接点相连；上拉电阻R9的一端与R10的另一端相连，且它们的公共接点为电源输入端，R9的另一端与C10和U5：A输入端的公共接点相连；U5：A的输出端与第二级与非门电路U5：B的输入端相连，U5：B的输出端通过R12接U2复位端MCLR端；
直流升压及电压检测电路(3)的直流电源输入端的正极端与电感L1的一端相连，L1的另一端与二极管的正极及型号为MAX761的升压模块U1的LX端相连，二极管的负极与电容C2的正极及Ul的V+端相连，C2的负极与地相连、且C2的负极是直流电源输入端的负极端，C2与二极管负极的公共接点为直流升压及电压检测电路(3)的升压电源输出端；直流升压及电压检测电路(3)的直流电源输入端的正极端还通过电阻R1与U1的LBI端相连，U1的LBO端通过电阻R3与U2的RA3端相连，且U2的RA2端与U1的SHDN端相连；
电磁阀驱动电路(5)的三极管Q1的基极与电阻R15的一端相连，R15的另一端为电磁阀驱动电路(5)的控制端，该控制端与U2的RB4端相连；Q1的集电极通过电阻R14与直流升压及电压检测电路(3)的升压电源输出端相连，且Q1的集电极还与型号为SI9952DY的集成驱动电路块U3的G1及G2端相连，U3的S2端与直流升压及电压检测电路(3)的升压电源输出端相连，U3的D1及D2端是与双稳态电磁阀L2的一端相连的端口，电容C14的正极是与L2的另一端相连的端口，C14的负极接地；
数据存储电路(6)是型号为24LC01B的E2PROM集成块U4，其时钟端SCL接U2的RB5端及卡座(2)的SCL端，U4的数据端SDA接U2的RA1端。
3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，本装置还具有显示电路(4)及音响报警电路(9)，显示电路(4)为LCD液晶显示模块，其输人端与单片机(1)的输入输出端口的输出端相连，音响报警电路(9)的输入端与单片机(1)的输入输出端口的输出端相连。
4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，液晶显示电路(4)是型号为EDM-C002的模块，模块的SCL端与U2的RB6端相连，其SDA端与U2的RB7端相连，且U2的RB6端与地之间串联有二极管D4及电容C15，二极管D4与C15的公共接点与模块的电源端VCC相连。
5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，音响报警电路(9)具有与非门电路U5：C、发声器件SP及电容C12、电阻R13。U5：C的一个输入端与U2的RB1端相连，C12串联在U5：C的另一个输入端与地之间，R13联接在C12和U5：C的的公共接点与U5：C的输出端之间，且U5：C的输出端与R13的公共接点与SP的一端相连，SP的另一端为电源输入端。
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