CN2314407Y

CN2314407Y - 智能型ic卡煤气表

Info

Publication number: CN2314407Y
Application number: CN 97242034
Authority: CN
Inventors: 杨鸣; 程海泉; 薛为民; 马玉忠
Original assignee: TIANQING INTELLECTURAL INSTRUMENTS AND METERS CO Ltd XI'AN CITY
Current assignee: TIANQING INTELLECTURAL INSTRUMENTS AND METERS CO Ltd XI'AN CITY
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1999-04-14
Anticipated expiration: 2007-10-15

Abstract

一种用于对管道煤气实施自动化计量及收费管理的智能型IC卡煤气表,该煤气表的控制电路部分由供电电路、流量计数电路、防窃气电路、电源监控电路、中央CPU处理电路、IC卡接口电路、存贮器电路、电磁阀驱动电路和液晶显示电路组成,表内还设有内置式、低功耗双稳态脉冲电磁阀。本实用新型的结构合理、使用方便、体积小、功耗低、实现了管道煤气供气的智能化和科学化管理。

Description

智能型IC卡煤气表

本实用新型属于气体流量计量仪器技术领域，涉及一种用于对管道煤气(包括天然气、液化气)供气实施自动化计量及收费管理的煤气表。

目前，国内外市场上公知的用于煤气计量收费的民用煤气表基本仍以传统的皮模式煤气表为主，这类煤气表在具体应用中存在着结构复杂、体积庞大、机械运动环节过多从而造成一定压力损失、计量方式陈旧等缺陷。另外对于煤气公司来说，传统煤气表结构也引发出人工抄表收费程序繁琐、落后、需要大量的抄表人员等问题，造成大量的人力、物力浪费，亦使得其供气管理方式与现代技术及现代科学管理方式严重脱节。针对传统皮模式煤气表的上述缺点，近年来一些西方国家的科研机构相继开发出了许多新型的煤气表，有些也已付之民用，如英国研制的气卡式煤气表、日本研制的射流式和轴流式煤气表以及英、法等国联合开发的超声波式及靶式射流煤气表等，这些产品的实施均在很大程度上实现了供气管理的智能化和科学化，但由于它们的产品成本相对很高，尚难以为大多数经济不发达地区所应用推广。在中国，新技术煤气表的研制与推广运比欧、美、日各国缓慢，尤其是对新的不同于皮模式表的煤气计量收费方式的开发研制还几乎没有进行。由于我国目前正在采取多种新举措加速家用煤气特别是天然气设施的应用发展进程，市场上急需要高性能、高精度、高智能、低成本的煤气表，因而开发研制高智能、高精度、小体积的网络管理型自动收费式煤气表也就具有十分重要的意义。

本实用新型的目的在于综合煤气公司和用户对煤气计量及收费管理的多种要求并克服公知煤气表所存在的缺陷，提供一种简单、实用、低供耗、低成本、可根据用户预购煤气量自动计费并有助于煤气公司实施科学管理的智能型IC卡煤气表。

为实现上述发明目的而采用的技术方案是这样的：所提供的智能型IC卡煤气表为一种内部设置有机械计量机构和微功耗控制电路部分的机电结合一体化产品。表的机械计量机构包括皮膜气囊、曲轴、传动机构及机械计量电磁开关(干簧管)等构件；而表内的控制电路部分则具有：一个用于记录IC电子卡煤气预购量和煤气表实际运行数据的非易失性存贮器电路、一个用于从存贮器电路中读取煤气预购量及并在IC卡中记录实际运行数据信息从而实现用气控制和煤气计量及计费处理的超低功耗、低电压中央计算机处理电路(中央CPU)、一个用于实现计算机电路及存贮器电路与IC电子卡之间电器联接的IC卡接口电路、一个用于向计算机电路提供低压电源的供电电路、一个串联在供电电路和计算机电路之间的用于向计算机电路提供电池电压不足信号并启动欠压处理程序的电源监控电路、一个输入端与煤气表机械计量电磁开关电联接的用于将机械计量动作信号转换成电脉冲信号并输入到计算机电路输入口端的流量计数电路、一个输入端接供电电路且可将用户开启电池盒断电盖窃气信号输入到计算机电路输入口端用于防止用户通过开启电池盒断电方式进行窃气的防窃气电路、一个在计算机电路输出端口的控制下用于实现供气控制的电磁阀驱动电路和一个在计算机电路输出端口的控制下用于显示煤气表工作状态的液晶显示电路，上述所有电路在产品形成时均制设于印刷电路板上并组装在一只外设有电子卡插座和液晶显示屏的煤气表盒内。

用户安装了这种智能型IC卡煤气表后，可先至供气管理部门预购用气量(用气量信息存贮在IC卡上，IC卡充当传递用气量信息的中间媒介)；当用户将所购买用气卡(IC卡)插入煤气表上所设所电子卡插座后，煤气表开启，被计量的气体从表的入气口进入表体内部气囊并引起气囊皮膜的有规律的起伏运动，皮膜的起伏运动通过表内的曲轴和传动机构等构件又引起了机械计量电磁开关(于簧管)有规律的动作，进而为微功耗控制电路提供了电模拟量的开关信号，该开关信号经流量计数电路转换成脉冲信号输入到中央CPU中即可对全部流入气体实施计量；同时中央CPU将指示电磁阀驱动电路打开安装在煤气进气口处的低功耗煤气电磁阀进行供气，液晶显示电路也同时可以向用户显示出已经用去的累计用气量数值和气卡内尚余的剩余购气量数值；当购气量用完时，电磁阀将关闭，切断气路，停止供气。本实用新型采用的控制电路为超低功耗、低电压控制电路，供电电源为四节5号电池，经供电电路整定为稳定的3V直流供电。当电池供电不足时，电源监控电路将给中央CPU发出信号，以显示电源不足并报警。当发生用户企图在煤气电磁阀开启状态下开启电池盒盖断电以进行窃气时，则防窃气电路将给中央CPU发出信号，于是CPU将迅速通知电磁阀驱动电路关闭电源并同时报警。

根据上述技术方案而研制的智能型IC卡煤气表具有结构合理、使用方便、体积小、功耗低、安全性和可靠性高等特点，它从根本上改变了传统的逐户查表收费的管理方式，有效防止了用户可能发生的不正当用气行为，保证了煤气费的回收，是实现当今管道煤气供气智能化和科学化管理的理想的产品。

以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明。

图1是本实用新型所述智能型IC卡煤气表的工作原理框图。

图2是图1中供电电路的一种实施联线图。

图3是图1中电源监控电路的一种实施联线图。

图4是图1中流量计数电路的一种实施联线图。

图5是图1中防窃气电路的一种实施联线图。

图6是图1中IC卡接口电路和存贮器电路的一种实施联线图。

图7是图1中电磁阀驱动电路的一种实施联线图。

图8是图1中液晶显示电路的一种实施联线图。

图9是图1中计算机电路结构的原理图。

图10是该煤气表内配设的电磁阀的结构示意图。

图11是电磁阀处于打开状态时的结构示意图。

图12是电磁阀处于关闭状态时的结构示意图。

图13是电磁阀开启后煤气表正常供气状态的示意图。

图14是电磁阀关闭后煤气表气路切断状态的示意图。

参照附图，本实用新型所述的智能型IC卡煤气表的控制电路部分主要由供电电路1、流量计数电路2、防窃气电路3、电源监控电路4、超低功耗、低电压中央计算机处理电路(中央CPU)5、IC卡接口电路6、存贮器电路7、电磁阀驱动电路8和液晶显示电路9组成。各电路的结构组成及工作形式分别如下所述：

供电电路1由电阻R₁、R₂、R₃、电容C₁、C₂和CMOS稳压集成电路芯片ICL7663组成。ICL7663芯片第8脚输入端接电池组E的阳极，1脚和2脚输出端接至电源监控电路4输入端，电阻R₃为基准电阻、R₂为分压电阻、R₁为保护电阻。该电路采用低压差、低功耗的稳压集成电路ICL7563芯片，电路的静态功耗为5μA，输入输出电压差为0.6V，由四节1.5V(5号)电池供电。工作过程中，电源信号流入ICL7663芯片整形后，由R₂和R₃进行分压，以输出一个稳定的3V电压信号，从而提高了电池的使用效率。

电源监控电路4由电阻R₄、R₅和电源监控集成电路芯片ICL708组成，电阻R₄和R₅组成分压电路，其分压端接ICL708芯片的5脚，ICL708的输入端(7脚)与供电电路1联通，输出脚(3脚)接单片机(CPU)。该电路的功能是采集电源电压信号，为煤气表的微功耗电源监视中心。煤气表使用过程中，当电源电压信号正常时，ICL708的3脚输出低电平；当电源电压不正常(低于3V)时，3脚将输出一个高电平信号给CPU。

流量计数电路2由单稳态触发器U₁、与非门U₂、U₃、或非门4075以及电阻R₆～R₈、电容C₃、C₄、二极管D₁和磁开关S₁组成，内中磁开关S₁为煤气表的机械计量转换开关(干簧管)，电阻R₆和R₇组成分压电路，其分压端经二极管D₁接至或非门4075输入端，U₁采用MC14538芯片。当煤气表用于计量气体时，表内的机械连杆带动齿轮作循环圆周运动，从而带动磁开关S₁动作，电路接通，将开关量转换为脉冲量，或非门4075输出一个低电平为0V而高电平为3V的脉冲信号，为保证流量计数的准确性，此脉冲信号再被送入至单稳态触发器U₁整形，经整形后的信号最后再被送至微处理器CPU计数。电路中U₂和U₃的作用主要是用于改造逻辑状态，满足整形电路的需求。

防窃气电路3由或门电路U₄、电阻R₉、R₁₀、电容C₅、二极管D₂以及防窃气开关S₂组成，内中U₄采用CD4072芯片，电阻R₉和R₁₀组成分压电路，其分压端经二极管D₂接至U₄输入端，防窃气开关S₂平时处于关闭状态。当用户开启电池盒盖使电池掉电时，U₄发出一个脉冲信号给中央CPU，于是CPU将迅速通知电磁阀驱动电路8关闭电磁阀、切断气源。

IC卡接口电路6和存贮器电路7的原理结构如图6所示。实施中，存贮器和IC卡都采用串行E^zPROM存贮器，以I²C总线方式工作，存贮器型号为24LC01。工作时，IC卡接口电路和存贮器的SCL、SDA端分别至中央CPU的P_3.3、P_3.2引脚，CPU根据不同地址，可分别对存贮器和IC卡两个芯片进行读写，当CPU发出读信号时，信号从存贮器中读到CPU。

电磁阀驱动电路8由缓冲隔离驱动器U₅、三极管BG₁～BG₇、蜂鸣器M₁、晶振片X₁、X₂、电阻R₁₁～R₁₃等组成，其中电阻R₁₁与三极管BG₁、BG₄构成电磁阀正向驱动电路，电阻R₁₂与三极管BG₃、BG₂构成电磁阀反向驱动电路，三板管BG₂、BG₄、BG₆、BG₇组成桥式驱动电路，提供正向电流，电阻R₁₃与三极管BG₅、蜂鸣器M₁以及晶振片X₁和X₂构成蜂鸣器驱动电路，驱动器U₅选用型号为CC4055的隔离驱动芯片，其三个输入端(3、5、9脚)信号分别由CPU提供，三个输出端(2、4、10脚)则分别加在电磁阀正向驱动电路、电磁阀反向驱动电路和蜂鸣器驱动电路上。电路工作后，当R₁₁路电压为高电平而R₁₂路电压为低电平时，电路正向驱动电磁阀，将阀打开；当R₁₁路电压为低电平而R₁₂路电压为高电平时，电路反向驱动电磁阀，将阀关闭；R₁₃路则用于控制蜂鸣器。

液晶显示电路9由晶振器X₃、电阻R₁₄～R₁₉及型号为LCM-16AH的液晶显示器组成，内中R₁₄和R₁₅为匹配电阻，液晶显示器为16位串行液晶显示，由4位单片机与液晶片集成而成。工作时，电源供电经R₁₆和R₁₇降压至1.5V、4μA为液晶显示器低功耗供电。

中央计算机处理电路5由CPU芯片87C51及电容C₆、C₇、晶振片X₄等组成，CPU芯片的第1、2、3、6脚接至流量计数电路2中的U₁和U₂，第17～21脚去电磁阀驱动电路8，第11～14脚去液晶显示电路9。CPU电路5是整个煤气表控制电路的中心，煤气表中的其它分电路都与CPU电路5保持联系和交换信息。

在本实用新型的实施结构中，设于煤气表体内并由电磁阀驱动电路8控制启闭状态的电磁阀是一种利用磁路保持原理而设计的不同于传统单稳态电磁阀或双稳态电磁3阀结构的双稳态脉冲电磁阀，该电磁阀的结构如图10所示，它设于煤气表的上表体进气口10芯腔内，具有一个由扣筒型框架11和底挡板12构成的阀腔，在阀腔内设有一个上定阀芯13和一个下动阀芯14，其中动阀芯14为一个中部芯体内置有磁钢17且下部芯体由挡板12中孔穿出的活动阀芯，在两阀芯13、14外绕有电磁线圈15，在动阀芯14的下端设有密封圈16。图中序号18为档块；19为气室。

上述结构电磁阀的工作状态是这样的：1、当煤气表在正常工作状态中，电磁阀驱动电路8内R₁₁路电压为高电平，R₁₂路电压为低电平，电路正向驱动电磁阀，当正向脉冲信号到来时，电磁阀内动阀芯14上行吸合，电磁阀打开，煤气表气路开通(见图11、图13，图11中粗箭头线为气路，细箭头线为磁回路，图12同)，此时用户可以正常用气；2、当用户煤气表中的剩余气量数为零时，中央CPU将通知电磁阀驱动电路8，使该电路中R₁₁路电压为低电平，R₁₂路电压为高电平，于是电路提供反向脉冲信号驱动电磁阀，使电磁阀内动阀芯14下行推出(释放)，将煤气表进气口10芯腔的出口封闭，切断表内煤气气路(见图12、图14)，此时用户无法继续用气；3、当用户煤气表的电源电压低于3V时，同上所述，电磁阀自动关闭，表内气路被切断，同时煤气表发出报警信号，此时用户无法继续用气；4、当用户打开煤气表的电池盒盖时，同上所述，电磁阀自动关闭，表内气路被切断，同时煤气表发出报警信号，此时用户无法继续用气；5、当用户企图非法打开煤气表表盖时，同上所述，电磁阀自动关闭，表内气路被切断，同时煤气表发出报警信号，此时用户无法继续用气。

在本实用新型所述煤气表中采用的电磁阀结构与传统的其它种类型电磁阀结构比较具有以下特点：

一、低功耗。传统单稳态电磁阀利用电流保持，电磁阀需要不同断的电流提供保持力，因此耗电量非常大，而目前市面上采用的双稳态电磁阀大都利用弹簧提供保持力，动作时需要克服弹簧的反弹力，因此所需电流较大，造成功耗增大，而该煤气表所用电磁阀利用磁回路保持，只在动作瞬间时需要一个很小的脉冲电流，所以功耗极低，从而就保证了整机的低功耗。

二、保持力高。传统电磁阀在推出状态时靠弹簧弹力提供保持力，吸出状态时靠磁力提供保持力，由于推出状态时弹簧压缩量变小，反弹力减小，造成推出状态保持力低，再由于在吸合状态时弹簧压缩量变大，反弹力大，致使吸合状态时的保持力降低，不利于保持，而本实用新型所述煤气表内设置的电磁阀克服了传统电磁阀弹簧保持的缺点，在电磁阀吸合与推出状态时分别利用了两个磁闭合回路提供保持力，实现了无需电流的磁保持，大大提高了保持力。

三、可靠性高。该煤气表内所用电磁阀由于采用了磁保持设计，工作时比其它类型的电磁阀更可靠。电磁阀保持时无外界供电，抗电干扰性好，且本身形成了闭合磁路，抗磁干扰性也非常好，故能不受外界环境影响，同时由于该电磁阀动作时不用克服自身的弹簧弹力，所以其驱动电压很低，当降到额定电压的90％时，仍能可靠工作，这样也就确保了电磁阀工作的可靠性。

Claims

1、一种智能型IC卡煤气表，其特征在于表内具有

1.1一个用于记录IC电子卡煤气预购量和煤气表实际运行数据的非易失性存贮器电路(7)、

1.2一个用于从存贮器电路(7)中读取煤气预购量并在IC卡中记录实两运行数据信息从而实现用气控制和煤气计量及计费处理的中央计算机处理电路(5)、

1.3一个用于实现计算机电路(5)及存贮器电路(7)与IC电子卡之间电器联接的IC卡接口电路(6)、

1.4一个用于向计算机电路(5)提供低压电源的供电电路(1)、

1.5一个串联在供电电路(1)和计算机电路(5)之间的用于向计算机提供电池电压不足信号并启动欠压处理程序的电源监控电路(4)、

1.6一个输入端与煤气表机械计量电磁开关电联接的用于将机械计量动作信号转换成电脉冲信号并输入到计算机电路(5)输入口端的流量计数电路(2)、

1.7一个输入端接供电电路(1)且可将用户开启电池盒断电盖窃气信号输入到计算机电路(5)输入口端的防窃气电路(3)、

1.8一个在计算机电路(5)输出端口的控制下用于实现供气控制的电磁阀驱动电路(8)和

1.9一个在计算机电路(5)输出端口的控制下用于显示煤气表工作状态的液晶显示电路(9)。

2、如权利要求1所述的智能型IC卡煤气表，其特征是在煤气表的上表体进气口(10)芯腔内设有由电磁阀驱动电路(8)控制启闭状态的双稳态脉冲电磁阀，该电磁阀具有一个由扣筒型框架(11)和底挡板(12)构成的阀腔，在阀腔内设有一个上定阀芯(13)和一个下动阀芯(14)，其中动阀芯(14)为一个中部芯体内置有磁钢(17)且下部芯体由挡板(12)中孔穿出的活动阀芯，在两阀芯(13、14)外绕有电磁线圈(15)，在动阀芯(14)的下端设有密封圈(16)。

3、如权利要求1、2所述的智能型IC卡煤气表，其特征是当电磁阀驱动电路(8)向电磁阀线圈(15)提供正向脉冲信号时，电磁阀内动阀芯(14)上行吸合，电磁阀开启，煤气表气路开通；当电磁阀驱动电路(8)向电磁阀线圈(15)提供负向脉冲信号时，电磁阀内动阀芯(14)下行推出，封住进气口(10)芯腔出孔，电磁阀关闭，将煤气表气路切断。