專利名稱：多功能數(shù)顯式煤氣表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬用于煤氣計量的改進后的煤氣表背景技術(shù)目前市場上銷售的煤氣表一般來說有機械式和數(shù)字式兩大類。機械式歷史悠久，技術(shù)成熟，價格低廉，但功能單一，目前占有較大的市場份額；數(shù)字式顯示直觀，功能多，價格高。機械式只能由人工抄表，即由抄表人員每隔一段時間逐戶抄表。這種落后的抄表方式，消耗大量的人力、物力，而且采集數(shù)據(jù)的時間跨度大、采集數(shù)據(jù)的準確度低。因此，國家有關(guān)部門規(guī)定以后將逐步以計算機為基礎(chǔ)的自動抄表系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的人工抄表。自動抄表系統(tǒng)目前主要采用有線通信技術(shù)和電力載波通信技術(shù)。要能實現(xiàn)自動抄表，則要求煤氣表必須為數(shù)字式的，且需具備一定的通信功能。目前大部分數(shù)字式煤氣表一般只有記錄用氣量和一定通信的功能，隨著人們生活水平的逐步提高，對煤氣表功能的要求也越來越高，自動抄表系統(tǒng)的逐步普及要求煤氣表具備一定的通信功能外，另外安全方面的要求也是非常重要的。所以普通煤氣表存在功能單一、缺乏安全控制的明顯缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種適應(yīng)自動抄表系統(tǒng)的需求和用戶對煤氣表功能需求的新型的多功能數(shù)顯式煤氣表。本實用新型是用如下方式實現(xiàn)的一種多功能數(shù)顯式煤氣表，其特征在于它具有由微控制器作為主體，通信模塊、漏氣檢測、滅火檢測、脈沖檢測分電路接入微控制器，LED顯示、E2PROM數(shù)據(jù)存儲、通風自動控制、氣路自動開閉控制分電路接出微控制器，以及手動開閉供氣通道接入微控制器構(gòu)成的整體電路；通信模塊分電路從串行口(RXD)(TXD)接入微控制器，包括3個芯片(TIL117)、芯片(SN75176)、電阻(R13)(R14)(R15)(R16)(R17)(R18)(R19)(R21)(R22)(R23)和二極管、三極管組成的電路；漏氣檢測分電路接入微控制器，包括氣敏傳感器(QM-N2)、電阻(R4)(R5)、可調(diào)電阻(W1)及三極管的集電極接入微控制器組成的電路；滅火檢測分電路包括555時基芯片、電阻(R11)(R12)(Rt)、電容(C2)、可調(diào)電阻(W2)，由555時基芯片的3腳接入微控制器組成的電路；LED顯示電路是由顯示芯片PS7219和8個數(shù)碼管COM1-COM8，然后由微控制器控制芯片(PS7219)組成的電路；E2PROM數(shù)據(jù)存儲器分電路包括芯片(X25045)、電阻(R1)，由微控制器接入芯片(X25045)組成的電路；通風控制分電路是由微控制器接出，包括芯片(MOC3061)、電阻(R6)(R7)(R8)(R9)、晶閘管(KS)、電容(C1)、排風扇等通風設(shè)備組成的電路；氣路自動開閉控制分電路是由微控制器接出，包括電阻(R10)、二極管(D2)、三極管和電磁閥組成的電路；脈沖檢測分電路是由電阻(R2)(R3)、光電耦合管(D1)、三極管(3DU5C)組成的電路，接入微控制器；手動開閉供氣通道接入微控制器；所述微控制器是AT89C51微控制器。本實用新型針對同類技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品存在的諸多問題，具有以下明顯的優(yōu)點1、多功能，具有漏氣檢測、滅火檢測、通風控制、氣路控制、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存貯及數(shù)字顯示等功能；2、具有漏氣檢測、滅火檢測、通風控制、氣路控制等安全措施。



圖1是本實用新型電路方框圖；圖2是本實用新型整體電路圖；圖3是本實用新型的通信模塊分電路圖；圖4是本實用新型漏氣檢測分電路圖；圖5是本實用新型滅火檢測分電路圖；圖6是本實用新型LED顯示分電路圖；圖7是本實用新型E2PROM數(shù)據(jù)存儲分電路圖；圖8是本實用新型通風自動控制分電路圖；圖9是本實用新型氣路自動開閉控制分電路圖；圖10～圖11是本實用新型脈沖檢測分電路圖；其中圖10是光電控制電路圖，圖11是A、B點波形圖。
圖12～圖13是本實用新型程序流程框圖；其中圖12是主程序流程框圖圖13是外部中斷1服務(wù)程序流程框圖。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
本實用新型的工作原理、使用及工作過程如下1.框圖組成參照圖1，該多功能數(shù)字式煤氣表以AT89C51單片機為控制核心，由數(shù)據(jù)存貯、漏氣檢測、滅火檢測、氣路控制、通風控制、LED顯示及通信功能等幾部分組成，其組成框圖如圖1所示。數(shù)據(jù)存貯采用了具有看門狗功能的串行E2PROM X25045存貯器，掉電后數(shù)據(jù)不會丟失，同時又可監(jiān)視煤氣表的運行狀態(tài)；漏氣檢測用于當室內(nèi)煤氣達到一定濃度時自動啟動通風控制；氣路控制可以實現(xiàn)觸發(fā)打開和自動關(guān)閉煤氣表至煤氣爐的通道；LED顯示能直觀明了的顯示用氣量。通信功能部分利用了氣爐的通道；LED顯示能直觀明了的顯示用氣量。通信功能部分利用了AT89C51內(nèi)部提供的全雙工異步串行口，通過485接口電路芯片SN75176轉(zhuǎn)換成RS-485接口，適用于采用串行有線通信技術(shù)的自動抄表系統(tǒng)；2、電路設(shè)計I.通信模塊分電路參照圖3、圖2，AT89C51內(nèi)部具有一個UART串行口(與P3.0、P3.1復用)，RS-232C接口存在以下四點明顯的缺點①接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，且因為與TTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。
②傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率僅為20Kbps。
③接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗干擾性弱。
④傳輸距離短，最大傳輸距離標準值為50英尺，當然實際使用距離可遠大于標準值。
針對RS-232C接口存在以上明顯不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標準，如RS-485接口就能克服以上不足，該多功能數(shù)字式煤氣表就是利用AT89C51內(nèi)部RS-232C接口，通過485接口電路芯片SN75176轉(zhuǎn)換成RS-485接口，具體轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。在圖3中為了實現(xiàn)RS-485接口總線與煤氣表控制核心AT89C51的隔離，在AT89C51的RS-232C接口與SN75176之間采用了光耦隔離?？紤]到線路的特殊情況(如煤氣表的485接口芯片被擊穿短路)，為了防止RS-485接口總線中其他分機的通信受到影響，在485接口芯片SN75176的485信號輸出端串聯(lián)了兩個20Ω的電阻R22和R23。在實際應(yīng)用中，通信載體雙絞線的特性阻抗為120Ω左右，因此在485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接1個120Ω的匹配電阻(在圖3中為R20)，以減少線路上傳輸信號的反射。在485接口芯片SN75176的485信號A、B輸出端接上拉電阻R19、下拉電阻R21，使A端電位高于B端電位，以確保在485總線不發(fā)送數(shù)據(jù)期間呈現(xiàn)高電平。
II.漏氣檢測分電路參照圖4、圖2，漏氣檢測采用QM-N2型氣敏傳感器作為檢測元件，其體電阻隨可燃性氣體或煙霧濃度的改變而改變。電路圖如圖4所示。平時，可燃性氣體或煙霧濃度在允許范圍內(nèi)，氣敏傳感器C、D間電阻值較大，從D端輸出低電平。當可燃性氣體或煙霧濃度達到一定值后，氣敏傳感器C、D間電阻值迅速減小，從D端輸出高電平。AT89C51單片機從P1.0輸入端口來檢測是否漏氣并作相應(yīng)的處理，即打開通風設(shè)備或作報警處理。
III.滅火檢測分電路參照圖5、圖2，滅火檢測分電路選用了高精度負溫度系數(shù)的NTC熱敏電阻MF58做為檢測是否滅火的傳感器，將玻璃封裝的MF58安裝到煤氣爐接近火源、不易觸碰且方便的地方。平時在滅火時因溫度較低，熱敏電阻Rt阻值高，5G1555的2腳電位升高，5G1555的3腳輸出低電平，系統(tǒng)檢測到P1.1輸入口狀態(tài)為低電平超過規(guī)定時間后，置單片機P2.4為1以關(guān)閉用氣通道，確保用戶用氣安全；當煤氣爐處于工作狀態(tài)時，因溫度較高，熱敏電阻Rt阻值低，5G1555的2腳電位降低，5G1555的3腳輸出高電平。
IV.LED顯示分電路參照圖6、圖2，LED顯示分電路可驅(qū)動8位LED顯示器，由一片PS7219多位顯示驅(qū)動器來驅(qū)動。PS7219在性能上與MAX7219兼容，在與微控制器的接口方式上也采用了SPI，可同時驅(qū)動8位共陰極LED顯示。每位LED數(shù)字可單獨控制、刷新，不需要重寫整個顯示器。顯示亮度可數(shù)字控制，引腳CON置高電平可禁止所有顯示，以達到降低功耗的效果。這里通過P1.5引腳的狀態(tài)來控制是否顯示。PS7219與AT89C51的接口電路如圖8所示。
V.E2PROM數(shù)據(jù)存儲分電路參照圖7、圖2，數(shù)據(jù)存貯采用了允許三總線工作的串行外設(shè)接口(SPI)芯片X25045存貯器。X25045把看門狗定時器、電壓監(jiān)控和E2PROM組合在單個封裝內(nèi)，這樣降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求。其看門狗功能提供了對微控制器的保護，通過編程監(jiān)控系統(tǒng)，當系統(tǒng)發(fā)生故障時自動以RESET信號作出響應(yīng)。X25045的存貯器部分是CMOS的4096位(512×8)串行E2PROM，用來保存常用參數(shù)和用氣量。X25045與微控制器AT89C51的接口如圖7所示。
VI.通風自動控制分電路參照圖8、圖2，光控晶閘管MOC3061作用是隔離單片機系統(tǒng)和觸發(fā)外部雙向晶閘管，它受光信號控制，內(nèi)部有過零電路，輸入電流一般為10mA～100mA，輸出為1A，用于控制后級的大功率晶閘管KS。當P2.2輸出低電平時，MOC3061的輸入端有電流輸入，其輸出端的內(nèi)部雙向晶閘管導通，觸發(fā)外部的雙向晶閘管KS導通，從而外部負載的電源接通；當P2.2輸出為高電平時，MOC3061輸出端的內(nèi)部雙向晶閘管關(guān)斷，外部雙向晶閘管KS也關(guān)閉，外部負載電源被切斷。電阻R7是MOC3061的限流電阻，用于限制流經(jīng)MOC3061輸出端的電流最大值不超過1A(若為感性負載，R7值需適當增大)。KS兩端所加的RC保護回路用于降低雙向晶閘管所受的沖擊電壓，保護KS及光電耦合器。R9的作用是防止KS誤觸發(fā)，提高系統(tǒng)的可靠性。
VII.氣路自動控制分電路參照圖9、圖2，通過AT89C51單片機P2.4輸出高低電平來控制小型繼電器J1(型號DS2Y-S-DC5V)的閉合和斷開，從而控制氣路控制電磁閥(型號為ZX-5 DC3V)的供電通道的通斷以實現(xiàn)氣路控制，如圖9所示。
VIII.脈沖檢測分電路參照圖10、圖11、圖2，脈沖檢測分電路用小功率砷化鎵紅外發(fā)光二極管HG41作發(fā)光管，用硅光電三極管3DU5C作接收管，電路見圖10。若把圖10中的A點輸出信號直接作為光電控制信號，則當煤氣表表盤轉(zhuǎn)動較慢時，則A點輸出信號就會產(chǎn)生一連串的抖動尖脈沖，為了消除邊緣抖動，在A點接了一個斯密特反向器(型號為CH40106)。由于斯密特電路有“回差”特性，輸入電位必須高于觸發(fā)電平VT+，斯密特電路才開門，輸入電位必須低于觸發(fā)電平VT-，斯密特電路才關(guān)門，“回差”ΔV＝VT+-VT-，利用斯密特電路的“回差”特性來消除光電轉(zhuǎn)換的邊緣抖動，效果很好，消除邊緣抖動前后波形比較見圖11。
3.程序流程參照圖12～圖13，程序流程框圖分為以下幾個模塊主程序、外部中斷0服務(wù)程序、外部中斷1服務(wù)程序、定時器0中斷服務(wù)程序、接收數(shù)據(jù)中斷服務(wù)程序。主程序模塊主要完成初始化LED顯示驅(qū)動器PS7219的控制寄存器、讀取X25045 E2PROM保存的煤氣表用氣量數(shù)據(jù)、漏氣檢測以及滅火檢測等操作，主程序流程框圖如圖10所示，在主程序中設(shè)置外部中斷0為最高優(yōu)先級。外部中斷0用來檢測用氣量計數(shù)脈沖，每檢測到一個計數(shù)脈沖便將內(nèi)存中表示用氣量的變量加1并進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運算和轉(zhuǎn)換。外部中斷1用來手動開啟或關(guān)閉供氣通道，其中斷服務(wù)程序流程框圖如圖13所示。利用定時器T0的定時中斷將用氣量數(shù)據(jù)保存到X25045，以便以后讀取。當從串行口接收到來自遠方控制主機的請求發(fā)送數(shù)據(jù)信號，響應(yīng)中斷時將內(nèi)存中的用氣量數(shù)據(jù)從RS-485接口發(fā)送到遠方控制主機。
權(quán)利要求1.一種多功能數(shù)顯式煤氣表，其特征在于它具有由微控制器作為主體，通信模塊、漏氣檢測、滅火檢測、脈沖檢測分電路接入微控制器，LED顯示、E2PROM數(shù)據(jù)存儲、通風自動控制、氣路自動開閉控制分電路接出微控制器，以及手動開閉供氣通道接入微控制器構(gòu)成的整體電路；通信模塊分電路從串行口(RXD)(TXD)接入微控制器，包括3個芯片(TIL117)、芯片(SN75176)、電阻(R13)(R14)(R15)(R16)(R17)(R18)(R19)(R21)(R22)(R23)和二極管、三極管組成的電路；漏氣檢測分電路接入微控制器，包括氣敏傳感器(QM-N2)、電阻(R4)(R5)、可調(diào)電阻(W1)及三極管的集電極接入微控制器組成的電路；滅火檢測分電路包括555時基芯片、電阻(R11)(R12)(R4)、電容(C2)、可調(diào)電阻(W2)，由555時基芯片的3腳接入微控制器組成的電路；LED顯示電路是由顯示芯片PS7219和8個數(shù)碼管(COM1-COM8)，然后由微控制器控制芯片(PS7219)組成的電路；E2PROM數(shù)據(jù)存儲器分電路包括芯片(X25045)、電阻(R1)，由微控制器接入芯片(X25045)組成的電路；通風控制分電路是由微控制器接出，包括芯片(MOC3061)、電阻(R6)(R7)(R8)(R9)、晶閘管(KS)、電容(C1)、排風扇等通風設(shè)備組成的電路；氣路自動開閉控制分電路是由微控制器接出，包括電阻(R10)、二極管(D2)、三極管和電磁閥組成的電路；脈沖檢測分電路是由電阻(R2)(R3)、光電耦合管(D1)、三極管(3DU5C)組成的電路，接入微控制器；手動開閉供氣通道接入微控制器；所述微控制器是AT89C51微控制器。
專利摘要一種多功能數(shù)顯式煤氣表。本實用新型屬用于煤氣計量的改進后的煤氣表。目的是提供一種適應(yīng)自動抄表系統(tǒng)的需求和用戶對煤氣表功能需求的新型的多功能數(shù)顯式煤氣表。特征是它具有由微控制器作為主體，通信模塊、漏氣檢測、滅火檢測、脈沖檢測分電路接入微控制器，LED顯示、E
文檔編號G01F15/06GK2627467SQ0322766
公開日2004年7月21日 申請日期2003年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月14日
發(fā)明者楊恢先, 陶霞, 楊穗, 王子菡, 徐又又, 代秋芳 申請人:湘潭大學