CN2593155Y - 水、电、气综合计费器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于计算机技术应用领域的一种自动采集、处理数据，利用网络传输的自动数据记录设备，特别是装于用户终端的一种水、电、气综合计费器。它利用已有的水表、电表和气表，通过加装光电转换装置，分别将用水、用电和用气的数据转换为电信号，由单片计算机进行计算和存储后，送数据显示电路显示，并通过RS232标准接口以经济方便的形式与缴费管理部门交流信息，以实现缴费和管理的网络化。
Description
技术领域
本实用新型属于计算机技术应用领域的一种自动采集、处理数据，利用网络传输的自动数据记录设备，特别是一种水、电、气综合计费器。
技术背景
目前，大多数居民所使用的电表是磁电式，水表和气表是机械计数式，不能通过网络将用户用电、用水、用气的信息向收费管理部门传递，管理部门需一家一户地抄表、既不方便管理部门的管理，用户缴费也很不方便。这几年出现了IC卡式水表、电表和气表，以及远程抄表系统，这些形式的仪表应用于新建住宅小区方便了居民的生活。但对居住旧宅的居民要使用这些新型表，就必须对原有的表进行更新，给用户带来不必要的开支和不便。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种通过对已有的水表、电表和气表进行简单的改装，分别将用水、用电和用气的信息转换为电信号，利用单片计算机技术对用户的用水、用电和用气数据进行计算和存储、可通过网络实现远程抄表，管理、缴费都方便、装于用户终端的水、电、气综合计费器。
本实用新型所提供的水电气综合计费器的技术方案如下：由由用电量数据采集电路、用水量数据采集电路、用气量数据采集电路、用电控制电路、用水控制电路、用气控制电路、防窃电控制电路、单片机电路、数据显示电路、通讯接口电路组成，由用电量数据采集电路、用水量数据采集电路、用气量数据采集电路采集数据并向单片机电路发送，由单片机电路完成数据的统计、处理后，将数据送至数据显示电路显示，并通过通讯接口电路将TTL电平转换成RS232电平，以通过网络将用户的综合信息发送至缴费中心，缴费中心通过网络向该综合计费器的单片机电路下达控制命令，由单片机电路向用电控制电路、用水控制电路、用气控制电路发出控制信号维持或切断用户的电源、水源、气源；当发生用户窃电时，单片机电路向防窃电控制电路发出控制信号切断用户的电源。
本实用新型中的单片机电路由单片计算机(IC1)、地址锁存器(IC2)、E2PROM存储器(IC3)组成。单片计算机(IC1)是单片机电路的核心部分，完成数据的处理和统计工作，地址存储器(IC2)与E2PROM(IC3)构成单片机的外扩存储器，用以保存重要的数据。
本实用新型中的的用电量数据采集电路是由安装在电度表铝转盘上打有的一个φ1mm小孔上下两侧的红外发射、接收组件(LED1、PH1)和由可调电阻(W1)、晶体管(TV1)构成的驱动放大电路组成；所述用水量数据采集电路是由安装在水表玻璃窗外部的正对着计数器最未一位转轮的反射式激光发射、接收组件(LED3、PH3)和由可调电阻(W3)、晶体管(TV3)构成的驱动放大电路组成；所述的用气量数据采集电路是由安装在气表玻璃窗外部的正对着计数器最未一位转轮的反射式激光发射、接收组件(LED4、PH4)和由可调电阻(W4)、晶体管(TV4)构成的驱动放大电路组成，所采集的用电量、用水量和用气量信号由晶体管(TV1、TV3、TV4)的集电极送至单片计算机(IC1)的外部中断请求口(INT1)、定时/计算器外触发输入端(TI、T0)进入单片计算机(IC1)。采集用电量的主要元件是红外发射、接收组件(LED1、PH1)，当电表铝转盘每转动一次，红外接收管(PH1)受到发射管(LED1)的一次光照射，其电阻值相应发生一次变化。红外接收管(PH1)阻值的变化必然引起晶体管(TV1)基极电压的正跳变，该正跳变经晶体管(TV1)的放大作用，作为用户用电量的计数脉冲送往单片计算机外部中断请求口(INT1)进行计数处理。采集用水量和用气量数据的主要元件是反射式激光发射、接收组件(LED3、PH3，LED4、PH4)。该组件安装在水表和气表玻璃窗外部，正对计数器的最未一位转轮，而这位转轮上的0～9数字，用黑白相间的纸带取代。这样，当白带转到玻璃窗正面时，激光发射器发出的激光被白色带反射后由激光接收管接收，激光接收管接收到激光照射，其电阻值变小；而当黑带转到玻璃窗正面时，激光器发出的激光被黑色带吸收，激光接收管接收不到激光，其阻值较大。因此，当计数器最未一位转动一个数字时，激光接收管的阻值就由大到小(色带由黑转白时)或由小到大(色带由白转黑时)。激光接收管阻值的变化必然引起晶体管(TV3、TV4)基极电压的跳变，该跳变电压分别经晶体管(TV3、TV4)放大送往单片机的定时/计算器外触发输入端(TI、T0)作为用户用水量和用气量的计数脉冲，进入单片机电路。
该综合计费器上的用电控制电路、用水控制电路、用气控制电路由继电器(J1、J2、J3)和MOS场效应管(TV5、TV6、TV7)组成，MOS场效应管(TV5、TV6、TV7)的栅极分别与单片机电路中单片计算机(IC1)的一个I/O口的三位(P1.0、P1.1和P1.2)相接，MOS场效应管(TV5、TV6、TV7)的输出端控制继电器(J1、J2、J3)的通断，所述继电器(J1、J2、J3)装于用户的电源、水源、气源的入口处。当用户不能及时缴费时，缴费中心通过网络向综合计费器下达命令，综合计费器接收到此命令后通过单片机电路中单片计算机(IC1)的一个I/O口的三位(P1.0、P1.1和P1.2)输出高电平，使MOS场效应管(TV5、TV6、TV7)饱和导通，驱动继电器(J1、J2和J3)动作，从而使用户电源继电器工作，切断用户电源，使用户的水源和气源电磁阀工作，切断用户的水源和气源。当用户及时缴费后，缴费中心向用户计费器下达撤除命令，单片机电路中单片计算机(IC1)的一个I/O口的三位(P1.0、P1.1和P1.2)的高电平撤消，用户的电源、水源和气源恢复正常。
当然，这三个控制对象可以同时工作，也可以分别动作，这完全是由缴费中心决定的。
该综合计费器上还设有一个防窃电控制电路，该水、电、气综合计费器上还设有一个防窃电控制电路，电路由窃电信号采集电路及用电控制电路组成，所述的窃电信号采集电路由安装在电度表铝转盘上两个角度不同的φ1mm小孔上下两侧的两组红外发射、接收组件(LED1、PH1，LED2、PH2)和由可调电阻(W1、W2)、晶体管(TV1、TV2)构成的两组驱动放大电路组成，所述的用电控制电路由继电器(J1)和MOS场效应管(TV5)组成，窃电信号经晶体管(TV1、TV2)的集电极送至单片机电路中单片计算机(IC1)的中断请求口(INT1、INT0)，MOS场效应管(TV5)的栅极与单片机电路中单片计算机(IC1)的一个I/O口的一位(P1.0)相接，MOS场效应管(TV5)的输出端控制固态继电器(J1)的通断，所述继电器(J1)装在用户电源入口处。用户非法用电时，单片计算机可以通过中断请求口(INT1)根据接收组件(PH1、PH2)所产生的脉冲的先后顺序检测出来，一旦发现铝转盘反转时，单片机I/O口中的一位(P1.0)输出高电平，从而切断用户电源。当电表恢复正常后，重新启动计费器(通复位安钮S1)，即可恢复正常工作。
该综合计费器中的通讯接口电路采用通讯接口电路片(IC4)，它的一组驱动、接收口(T2IN、R2OUT)与单片机电路中单片计算机(IC1)的发送、接收端(TXD、RXD)相接，通讯接口电路片(IC4)的另一组驱动、接收口(T1OUT、R2IN)通过网络与缴费中心交换信息。
该综合计费器中数字显示电路由串行译码扫描驱动集成电路(IC6)、三个发光二极管(DS01、DS02和DS03)及四位八段数码管(DS1、DS2、DS3、DS4)构成，串行译码扫描驱动集成电路(IC6)的串行输入、片选、时钟端(DIN、LOAD、CLK)与单片计算机(IC1)I/O口中的三位(P1.5、P1.4、P1.3)相接，单片机将用户用水量、用电量和用气量转换为串行信息，经串行译码驱动集成电路(IC6)译码、驱动后，以并行的方式送至三个发光二极管(DS01、DS02和DS03)和四位数码管(DS1、DS2、DS3、DS4)进行显示。当发光二极管(DS01)点亮时，表示数码管所显示的四位数字为用水量；当发光二极管点(DS02)亮时，表示数码管所显示的四位数字为用电量；当发光二极管(DS03)点亮时，表示数码管所显示的四位数字为用气量。
另外，发光二极管和数码管还承担着显示综合计费器工作是否正常的任务。
当工作正常时，发光二极管和数码管正常工作；当用户欠费时，发光二极管和数码管闪烁工作；当用户欠费到一定额度时，发光二极管不显示，而数码管只显示“8888”。
本实用新型所提供装于用户终端的水、电、气综合计费器，利用已有的电表、水表和气表，通过加装光电转换装置，分别将用电、用水和用气的信息转换为电信号，由单片计算机进行计算和存储，并可通过通讯接口电路以经济方便的形式与缴费中心交换信息，可通过网络实现远程抄表。它适应当今物业统一管理模式，具有较好的管理功能，缴费中心可根据用户综合计费器传递的信息，通过系统网络向用户综合计费器下达控制命令，维持或切断用户的水、电、气源，同时它还具有防窃电功能，即用户非法使用，导致电表倒转时，单片计算机将自动切断用户电源。该综合计费器用四位数码管轮流显示实时用水、用电及用气量，一是可使用户明明白白消费，二是可提醒用户注意节约能源，树立环保意识。
附图说明
图1、本实用新型所提供综合计费器原理方框图；
图2、本实用新型所提供综合计费器一个实施例的电原理图之一(单片机电路，用电量、用水量、用气量数据采集电路，用电、用水、用气开支电路，防窃电控制电路，及通讯接口电路)；
图3、本实用新型所提供综合计费器一个实施例的电原理图之二(数据显示电路)；
图4、本实用新型所提供综合计费器一个实施例的电原理图之三(电源电路)。
具体实施方式
下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式。图2-图4是本实用新型所提供综合计费器一个实施例的电原理图。单片机电路是综合计费器的核心部分，其中：由单片计算机(IC1)采用AT89C51，这是近年出现的新型单片机，与INTEL公司的单片计算机87C51完全兼容，它具有2K的FLASH程序存储器、读写程序方便、驱动能力强整机功耗低等特点。地址锁存器(IC2)采用74LS373，E2PROM存储器(IC4)采用M28C26A，二者构成单片机的外扩存储器，考虑到当电网停电时的信息保护问题，特地用一片E2PROM作数据存储器用，以保存重要的数据。数字显示电路的作用是实时轮流显示用电量、用水量和用气量。其中串行译码驱动集成电路(IC6)采用MAX7219。通讯接口电路中通讯接口电路片(IC4)采用MAX232，它是一种新型RS232电平转换芯片，它可以实现TTL/COMS电平与EIA电平的转换。电路片内部有电压倍增电路和转换电路，仅需+5V电源便可工作。使用该芯片可将单片计算机(IC1)的发送、接收端(TXD、RXD)输出的TTL电平(0～+5V)转换成RS232电平(+10V～-10V)，通过网络与缴费中心交流信息。用电量、用水量、用气量数据采集电路与防窃电控制电路中的晶体管(TV1、TV2、TV3、TV4)均采用9013NPN型放大管。数字显示电路中的串行译码驱动集成电路(IC6)采用MAX7219串行译码驱动集成电路片。
该实施例中还设置了图4所示的电源电路，220V交流电压经变压器(B1)降压，由D1～D4二极管桥式整流变为脉动直流电压，该电压经电容(C1、C2)滤波，稳压电路(IC5)采用稳压电路片8705稳压后输出+5V电压，供单片机及其它电路使用。
为了避免电网故障和临时停电对综合计费器工作的影响，电源电路中还设置了备用电源电路，由电阻(R5)、三极管(TV8)、二极管(D5)及电池组成，当电源的电压正常时，三极管(TV8)徐徐向电池充电，而当停电时，二极管(D5)导通，由电池向电路供电，保证计费器在短时间内的正常工作。
Claims (7)
1、一种水、电、气综合计费器，其特征在于由用电量数据采集电路、用水量数据采集电路、用气量数据采集电路、用电控制电路、用水控制电路、用气控制电路、防窃电控制电路、单片机电路、数据显示电路、通讯接口电路组成，由用电量数据采集电路、用水量数据采集电路、用气量数据采集电路采集数据并向单片机电路发送，由单片机电路完成数据的统计、处理后，将数据送至数据显示电路显示，并通过通讯接口电路将TTL电平转换成RS232电平，以通过网络将用户的综合信息发送至缴费中心，缴费中心通过网络向该综合计费器的单片机电路下达控制命令，由单片机电路向用电控制电路、用水控制电路、用气控制电路发出控制信号维持或切断用户的电源、水源、气源；当发生用户窃电时，单片机电路向防窃电控制电路发出控制信号切断用户的电源。
2、根据权利要求1所述的水、电、气综合计费器，其特征在于所述的单片机电路由单片计算机(IC1)、地址锁存器(IC2)、E2PROM存储器(IC3)组成。
3、根据权利要求1或2所述的水、电、气综合计费器，其特征在于所述用电量数据采集电路是由安装在电度表铝转盘上打有的一个φ1mm小孔上下两侧的红外发射、接收组件(LED1、PH1)和由可调电阻(W1)、晶体管(TV1)构成的驱动放大电路组成；所述用水量数据采集电路是由安装在水表玻璃窗外部的正对着计数器最未一位转轮的反射式激光发射、接收组件(LED3、PH3)和由可调电阻(W3)、晶体管(TV3)构成的驱动放大电路组成；所述用气量数据采集电路是由安装在气表玻璃窗外部的正对着计数器最未一位转轮的反射式激光发射、接收组件(LED4、PH4)和由可调电阻(W4)、晶体管(TV4)构成的驱动放大电路组成，所采集的用电量信号、用水量信号和用气量信号由晶体管(TV1、TV3、TV4)的集电极送至单片计算机(IC1)的中断请求口(INT1)、定时/计算器外触发输入端(TI、T0)进入单片机电路。
4、根据权利要求1或2所述的水、电、气综合计费器，其特征在于所述的通讯接口电路采用通讯接口电路片(IC4)，它的的一组驱动、接收口(T2IN、R2OUT)与单片机电路中单片计算机(IC1)的发送、接收端(TXD、RXD)相接，通讯接口电路片(IC4)的另一组驱动、接收口(T1OUT、R2IN)通过网络与缴费中心交换信息。
5、根据权利要求1或2所述的水、电、气综合计费器，其特征在于所述的数字显示电路由串行译码扫描驱动集成电路(IC6)、三个发光二极管(DS01、DS02和DS03)及四位八段数码管(DS1、DS2、DS3、DS4)构成，串行译码扫描驱动集成电路(IC6)的串行输入、片选、时钟端(DIN、LOAD、CLK)与单片计算机(IC1)I/O口中的三位(P1.5、P1.4、P1.3)相接。
6、根据权利要求1或2所述的水、电、气综合计费器，其特征在于所述的用电控制电路、用水控制电路、用气控制电路由继电器(J1、J2、J3)和MOS场效应管(TV5、TV6、TV7)组成，MOS场效应管(TV5、TV6、TV7)的栅极分别与单片机电路中单片计算机(IC1)的一个I/O口的三位(P1.0、P1.1、P1.2)相接，MOS场效应管(TV5、TV6、TV7)的输出端控制继电器(J1、J2、J3)的通断，所述继电器(J1、J2、J3)装在用户的电源入口、水源入口、气源入口，继电器(J1)控制电路的通、断，继电器(J2、J3)控制水阀、气阀的工作。
7、根据权利要求1或2所述的水电气综合计费器，其特征在于该水、电、气综合计费器上还设有一个防窃电控制电路，该电路由窃电信号采集电路及用电控制电路组成，所述的窃电信号采集电路由安装在电度表铝转盘上的两个角度不同的φ1mm小孔上下两侧的两组红外发射、接收组件(LED1、PH1，LED2、PH2)和由可调电阻(W1、W2)、晶体管(TV1、TV2)构成的两组驱动放大电路组成；所述的用电控制电路由继电器(J1)和MOS场效应管(TV5)组成，窃电信号经晶体管(TV1、TV2)的集电极送至单片机电路中单片计算机(IC1)的中断请求口(INT1、INT0)，MOS场效应管(TV5)的栅极与单片机电路中单片计算机(IC1)的一个I/O口的一位(P1.0)相接，MOS场效应管(TV5)的输出端控制继电器(J1)的通断，所述继电器(J1)装在用户的电源入口处。
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