CN2891117Y - Ic卡智能水表的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种IC卡智能水表的控制装置，它包括微处理器、采样传感器、IC卡控制单元、存储单元、电压检测单元、显示单元、电源控制单元、阀门控制单元以及微分触发单元，其中采样传感器和IC卡控制单元与微处理器的输入端相连，显示单元和阀门控制单元与微处理器的输出端相连；电压检测单元的输入端与电源控制单元相连，输出端与微处理器相连；存储单元与微处理器相连，所述电源控制单元分为三路电源控制电路，一路与微处理器相连，一路与阀门控制单元、显示单元、采样传感器以及IC卡控制单元相连，另一路与电压检测单元相连。本实用新型具有计量准确、工作稳定、控制可靠且超低功耗等优点。

Description

IC卡智能水表的控制装置

技术领域

本实用新型主要涉及到智能水表领域，特指一种IC卡智能水表的控制装置。

背景技术

现有技术中，一般的智能水表控制装置包括电源控制单元、微处理器单元、电池电压检测单元、CPU复位电路单元和采样及读卡传感器。这种结构在静态时，内部的微处理器单元CPU采取睡眠或低功耗方式来延长电池寿命，电源一般用一节3.6V锂电池或双电源(一节3.6V锂电池和两节干电池)模拟信号电源与数字信号电源不分离的供电方式，静态电流一般在3微安到几十微安，电池电压检测单元是在微处理器单元CPU工作的全过程中进行检测；而双电源供电方式则更是需要检测两组电源电压。CPU复位电路单元采取接10几到几百上拉电阻和一个104μF滤波电容，采样及读卡传感器是通过加上拉电阻直接与CPU的IO口相连。这种结构不对IC卡座电源进行控制，即不管是否需要对卡进行读写操作卡座电源总是处于上电状态。

现有技术结构存在以下不足：①锂电池的使用年限普遍达不到，长的一两年，短的半年就欠压了(规定使用年限5年以上)，双电源供电干电池需经常更换很不方便，且因锂电池有滞后现象造成在大电流工作时(阀门动作)电池电压检测误检。②因干扰或上电容易导致CPU非正常复位和死机。③因干扰或人为攻击采样及读卡传感器信号极易造成误计量和误动作。④卡座电源总是处于上电状态增加了电路的功耗，降低了电路工作的可靠性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种计量准确、工作稳定、控制可靠且超低功耗的IC卡智能水表的控制装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的解决方案为：一种IC卡智能水表的控制装置，它包括微处理器、采样传感器、IC卡控制单元、存储单元、电压检测单元、显示单元、电源控制单元、阀门控制单元以及微分触发单元，其中采样传感器和IC卡控制单元与微处理器的输入端相连，显示单元和阀门控制单元与微处理器的输出端相连；电压检测单元的输入端与电源控制单元相连，输出端与微处理器相连；存储单元与微处理器相连，其特征在于：所述电源控制单元分为三路电源控制电路，一路与微处理器相连，一路与阀门控制单元、显示单元、采样传感器以及IC卡控制单元相连，另一路与电压检测单元相连。

所述电源控制单元的三路电源控制电路分别是微处理器的工作电源+5V、电压检测单元检测电池电压时用的电源VCC以及为阀门控制单元、显示单元、采样传感器以及IC卡控制单元供电的电源VGG；其中电池电源与三极管T5的集电极连接，三极管T5的发射极输出VCC；VCC连接稳压芯片V3以及电压检测单元的低电压检测芯片V2，VCC经过稳压芯片V3后由V3的输出脚稳定输出+5V电源，作为数字电路电源；VDD与二极管D4、D5连接后输出VGG，作为阀门驱动、采样信号的模拟信号电源。

所述控制装置进一步包括微分触发单元，该微分触发单元的输入端与采样传感器和IC卡控制单元相连，输出端与电源控制单元相连。

所述微分触发单元包括二极管D1与电容C13组成第一微分触发信号发生器、二极管D2与电容C6组成的第二微分触发信号发生器以及二极管D3与电容C7组成的第三微分触发信号发生器，第一微分触发信号发生器、第二微分触发信号发生器和第三微分触发信号发生器的触发信号与三极管T4的基极相连，三极管T4的集电极与三极管T5的基极相连，微处理器与三极管T4的基极相连。

所述采样传感器的传感器信号通过三极管T1、T6与微处理器的IO口相连，电容C8、C14分别并连在T、T6发射极上。

所述微处理器的复位脚外加电压检测器，该电压检测器的输入端与微处理器电源+5V连接，输出端与微处理器复位脚连接。

所述IC卡控制单元的电源VCC与+5V相连接，VSS连接三极管T3的集电极，三极管T3的基极与微处理器连接，三极管T3发射极与地相接。

与现有技术相比，本实用新型的创新点在于：

1、本实用新型IC卡智能水表的控制装置中电源控制单元分为三路电源控制电路，一路与微处理器相连，一路与阀门控制单元、显示单元、采样传感器以及IC卡控制单元相连，另一路与电压检测单元相连。这样的话，将模拟信号电源与数字信号电源分离，解决了因大电流影响微处理器正常工作的问题，工作更加稳定、能耗降低、控制可靠；

2、本实用新型IC卡智能水表的控制装置中进一步包括微分触发单元，该微分触发单元的输入端与采样传感器和IC卡控制单元相连，输出端与电源控制单元相连。微分电路硬件中断唤醒CPU上电工作，使本硬件控制电路在静态时电流为零，彻底解决IC卡水表电池使用寿命或需经常更换电池的问题，从而将能耗降低为最小，且供电更为可靠；

3、本实用新型IC卡智能水表的控制装置中微处理器的复位脚外加电压检测器，该电压检测器的输入端与微处理器电源+5V连接，输出端与微处理器复位脚连接；从而保证了微处理器工作的稳定性，防止因为工作出现大电流突然把电源电压拉低导致程序跑飞，保证了微处理器工作的稳定性；

4、本实用新型IC卡智能水表的控制装置中采样传感器的传感器信号通过三极管T1、T6与微处理器的IO口相连，电容C8、C14分别并连在T、T6发射极上，保证了信号采集的准确性；微处理器需要查询采样信号时，先使T1、T6导通再查询采样信号，保证了采样信号采集的准确性，有效防止误判断；采样信号经过三极管T1、T2隔离后，同时通过电容C8、C14的滤波实，现了模拟信号与数字信号的分离，有效的防止了采样信号对系统的干扰；

5、本实用新型IC卡智能水表的控制装置中IC卡控制单元的电源VCC与+5V相连接，VSS连接三极管T3的集电极，三极管T3的基极与微处理器连接，三极管T3发射极与地相接。这样的话，卡座电源由微处理器直接控制，提高了读写IC卡数据的可靠性，也能够有效保护IC卡数据不受干扰。

附图说明

图1是本实用新型的框架结构示意图；

图2是本实用新型的电路原理示意图。

1、微处理器                        2、采样传感器

3、IC卡控制单元                    4、存储单元

5、电压检测单元                    6、显示单元

7、电源控制单元                    8、阀门控制单元

9、微分触发单元

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的IC卡智能水表的控制装置包括微处理器1、采样传感器2、IC卡控制单元3、存储单元4、电压检测单元5、显示单元6、电源控制单元7、阀门控制单元8以及微分触发单元9，其中采样传感器2和IC卡控制单元3与微处理器1的输入端相连，显示单元6和阀门控制单元8与微处理器1的输出端相连；电压检测单元5的输入端与电源控制单元7相连，输出端与微处理器1相连；存储单元4与微处理器1相连，其特征在于：所述电源控制单元7分为三路电源控制电路，一路与微处理器1相连，一路与阀门控制单元8、显示单元6、采样传感器2以及IC卡控制单元3相连，另一路与电压检测单元5相连。本实用新型进一步包括微分触发单元9，该微分触发单元9的输入端与采样传感器2和IC卡控制单元3相连，输出端与电源控制单元7相连。

如图2所示的本实用新型一个具体实施例的电路原理示意图，本实用新型的微处理器1(IC1)采用MICROCHIP公司的PIC16C62B作为本装置的控制器。微处理器1的21、28脚为采样传感器2的信号输入脚，它们分别由J5的1、3与T1、R12、R6、C8和J5的2、3与T6、R24、R25、C14组成。在常态下微处理器1的4脚输出为高电平时，检测21、28脚为输入低，当采样传感器2的1或2动作时，检测21或28脚发生一个由低到高的跳变应计数一次。本采样计数电路因采用三极管隔离并通过低层软件进行防抖动与抗干扰处理，提高了计量的准确性和可靠性。存储单元4是由IC2(24C01A)、R29、R5、R10、C11、C14、+5V组成数据存储电路。显示单元6是由J3、RJ04、C3组成液晶显示驱动电路，可显示5位数字及交费、关阀等相关水表信息。阀门控制单元8的3脚、T8、T10、R20、J2、VGG组成阀门关闭驱动电路；阀门控制单元8的2脚、T9、T7、R21、J2、VGG组成阀门开启驱动电路；阀门控制单元8的11脚、R15、C15、J2、+5V组成阀门开到位信号检测电路；阀门控制单元8的12脚、R16、C16、J2、+5V组成阀门关到位信号检测电路。

本实用新型的IC卡控制单元3的J10为IC卡座，18脚T3、R22组成IC卡读、写控制电路，当需要进行IC卡读写操作时，18脚输出高电平T3导通给IC卡上电，完成读写后18脚输出低电平T3截止下电。这样的话，卡座电源由微处理器1直接控制，提高了读写IC卡数据的可靠性。卡座电源VCC与+5V相连接，VSS连接三极管T3集电极，T3基极与微处理器1的18脚连接，发射极与地相接。由微处理器1控制T3来实现卡座电源Vss的通断，当微处理器1要读写IC卡数据时，T3导通，IC卡芯片上电，读写完成后，T3截止，IC卡芯片下电，从而有效保护IC卡数据不受干扰。

本实用新型采样传感器2的传感器信号通过三极管T1、T6与微处理器1的IO口相连，保证了信号采集的准确性；采样信号1、2分别与T1、T6集电极连接，T1、T6基极连接微处理器1的4脚、发射极分别连接微处理器1的21、28脚，电容C8、C14分别并连在T、T6发射极上。微处理器1需要查询采样信号时，先使T1、T6导通再查询采样信号，保证了采样信号采集的准确性，有效防止误判断；采样信号经过三极管T1、T2隔离后，同时通过电容C8、C14的滤波实，现了模拟信号与数字信号的分离，有效的防止了采样信号对系统的干扰。

本实用新型的电压检测单元5是由V₂(HT7044)、VCC、+5V、R30、R23、R31组成电源电压检测模块，其特点是采用4.4V电压检测，其输入端电源与输出端上拉电源分离，能准确的监测电池的使用情况。微处理器1的复位脚外加HT7033电压检测器，在微处理器1上电后电压高于3.3V才开始工作，保证了微处理器1工作的稳定性。电压检测器HT7033输入端与微处理器1电源+5V连接，输出端与微处理器1复位脚连接，当输入端电压高于3.3V时，输出端输出高电平，微处理器1正常工作，当输入端电压低于3.3V时，输出端输出低电平，微处理器1复位，从而防止因为工作出现大电流突然把电源电压拉低导致程序跑飞，保证了微处理器1工作的稳定性。

本实用新型的电源控制单元7分为三路电源控制电路，一路是微处理器1的工作电源+5V，一路是电压检测单元5检测电池电压时用的电源VCC，另一路是为阀门控制单元8、显示单元6、采样传感器2以及IC卡控制单元3供电的电源VGG，这样的话将模拟信号电源与数字信号电源分离，解决了因大电流影响CPU正常工作的问题。其中电池电源(VDD)与三极管T5的集电极连接，三极管T5的发射极输出VCC；VCC连接稳压芯片V3(HT7150)的输入脚(1脚)以及电压检测单元5的低电压检测芯片V2(HT7044)输入脚(1脚)，若VCC电压低于4.4V则V2的输出脚(3脚)输出低电平给微处理器1，表明电池电压过低；VCC经过V3稳压芯片后由V3的输出脚(3脚)稳定输出+5V电源，作为数字电路电源；VDD与二极管D4、D5连接后输出VGG，作为阀门驱动、采样信号等模拟信号电源。

本实用新型有三个硬件触发中断唤醒信号，分别是J5的1、2与3组成的采样传感器2的信号、J10的K1与K2组成的IC卡控制单元3的插卡信号，VGG为两节3V的锂锰电池串联(VDD)后经D4、D5提供的触发电源，其中采样信号1、2，插卡信号K1分别与二极管IN4148 D1、D2、D3连接分别与电容C6、C7、C13连接，D1与C13、D2与C6、D3与C7分别构成三个微分触发信号发生器，这三个微分触发信号发生器组成了微分触发单元9。三个微分触发信号发生器触发信号与三极管T4基极相连，T4集电极与T5基极相连，微处理器1的13脚与三极管T4基极相连。当有采样信号或是插卡信号时，产生触发信号使T4、T5导通，微处理器1上电工作，微处理器1的13脚输出高电平，使T4、T5持续导通，系统上电正常工作，当系统处理完成以后，微处理器1的13脚输出低电平，系统断电。再进一步具体的说，以微处理器1供电为例，当三个硬件触发中断唤醒信号中有一个或一个以上动作时通过微分触发电路将T4、T5导通，VDD经过V₃(HT7150)给微处理器1上电。上电后微处理器1的13脚输出高电平持续导通T4、T5保证微处理器1正常工作。当微处理器1工作处理完后13脚输出低电平T4、T5截止微处理器1下电。电阻R18和V₁(HT7033)组成CPU复位控制电路，只有当微处理器1工作电压高于3.3V时才进入工作状态，保证了微处理器1工作的稳定性。

工作原理：在一般状态下，本装置处理断电待命状态，当采样传感器2和IC卡控制单元3有采样信号或是插卡信号输入时，由微分触发单元9产生一个或一个以上中断唤醒信号，电源控制单元7的T4、T5导通，VDD经过V₃给微处理器1上电，上电后微处理器1的13脚输出高电平持续导通T4、T5保证微处理器1正常工作。微处理器1上电后通过存储单元4读出存储器24C01中本IC卡水表可用水量、总用水量等有关信息放入微处理器1的内存中，接着检测IC卡控制单元3，若有读卡信号，则执行读卡程序，经过数据处理后存入微处理器1的内存，同时根据处理结果给显示单元6和阀门控制单元8发出信号，显示该水表可用水量等状态信息同时根据处理结果控制阀门的开启和关闭。微处理器1接下来检测25脚的状态来判断电源控制单元7是否发出了低电压检报警信号，若有报警信号，则微处理器1控制显示单元6对该状态进行显示并通过阀门控制模块关闭阀门，若没有报警信号，则检测采样模块，若采样模块输入给CPU 21、28脚同时为低信号表示水表受强磁场影响，则CPU控制显示模块对该状态进行显示并通过阀门控制单元8关闭阀门，微处理器1若检测到21、28脚只有一个为低则此时采样传感器的1或2动作，检测21或28脚发生一个由低到高的跳变应计数一次。待数据处理完成后，微处理器1的内存数据通过存储单元4把数据存入24C01中。等一切状态处理完成以后，微处理器1的13脚输出低电平T4、T5截止，微处理器1下电，模块处于断电待命状态，等待下一次中断信号。

Claims (10)

1、一种IC卡智能水表的控制装置，它包括微处理器(1)、采样传感器(2)、IC卡控制单元(3)、存储单元(4)、电压检测单元(5)、显示单元(6)、电源控制单元(7)、阀门控制单元(8)以及微分触发单元(9)，其中采样传感器(2)和IC卡控制单元(3)与微处理器(1)的输入端相连，显示单元(6)和阀门控制单元(8)与微处理器(1)的输出端相连；电压检测单元(5)的输入端与电源控制单元(7)相连，输出端与微处理器(1)相连；存储单元(4)与微处理器(1)相连，其特征在于：所述电源控制单元(7)分为三路电源控制电路，一路与微处理器(1)相连，一路与阀门控制单元(8)、显示单元(6)、采样传感器(2)以及IC卡控制单元(3)相连，另一路与电压检测单元(5)相连。

2、根据权利要求1所述的IC卡智能水表的控制装置，其特征在于：所述电源控制单元(7)的三路电源控制电路分别是微处理器(1)的工作电源+5V、电压检测单元(5)检测电池电压时用的电源VCC以及为阀门控制单元(8)、显示单元(6)、采样传感器(2)以及IC卡控制单元(3)供电的电源VGG；其中电池电源与三极管T5的集电极连接，三极管T5的发射极输出VCC；VCC连接稳压芯片V3以及电压检测单元(5)的低电压检测芯片V2，VCC经过稳压芯片V3后由V3的输出脚稳定输出+5V电源，作为数字电路电源；VDD与二极管D4、D5连接后输出VGG，作为阀门驱动、采样信号的模拟信号电源。

3、根据权利要求1或2所述的IC卡智能水表的控制装置，其特征在于：所述控制装置进一步包括微分触发单元(9)，该微分触发单元(9)的输入端与采样传感器(2)和IC卡控制单元(3)相连，输出端与电源控制单元(7)相连。

4、根据权利要求3所述的IC卡智能水表的控制装置，其特征在于：所述微分触发单元(9)包括二极管D1与电容C13组成第一微分触发信号发生器、二极管D2与电容C6组成的第二微分触发信号发生器以及二极管D3与电容C7组成的第三微分触发信号发生器，第一微分触发信号发生器、第二微分触发信号发生器和第三微分触发信号发生器的触发信号与三极管T4的基极相连，三极管T4的集电极与三极管T5的基极相连，微处理器(1)与三极管T4的基极相连。

5、根据权利要求3所述的IC卡智能水表的控制装置，其特征在于：所述采样传感器(2)的传感器信号通过三极管T1、T6与微处理器(1)的IO口相连，电容C8、C14分别并连在T、T6发射极上。

6、根据权利要求3所述的IC卡智能水表的控制装置，其特征在于：所述微处理器(1)的复位脚外加电压检测器，该电压检测器的输入端与微处理器(1)电源+5V连接，输出端与微处理器(1)复位脚连接。

7、根据权利要求3所述的IC卡智能水表的控制装置，其特征在于：所述IC卡控制单元(3)的电源VCC与+5V相连接，VSS连接三极管T3的集电极，三极管T3的基极与微处理器(1)连接，三极管T3发射极与地相接。

8、根据权利要求4所述的IC卡智能水表的控制装置，其特征在于：所述采样传感器(2)的传感器信号通过三极管T1、T6与微处理器(1)的IO口相连，电容C8、C14分别并连在T、T6发射极上。

9、根据权利要求4所述的IC卡智能水表的控制装置，其特征在于：所述微处理器(1)的复位脚外加电压检测器，该电压检测器的输入端与微处理器(1)电源+5V连接，输出端与微处理器(1)复位脚连接。

10、根据权利要求4所述的IC卡智能水表的控制装置，其特征在于：所述IC卡控制单元(3)的电源VCC与+5V相连接，VSS连接三极管T3的集电极，三极管T3的基极与微处理器(1)连接，三极管T3发射极与地相接。

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