專利名稱：Ic卡智能水表的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及到智能水表領(lǐng)域，特指一種IC卡智能水表的控制裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，一般的智能水表控制裝置包括電源控制單元、微處理器單元、電池電壓檢測單元、CPU復(fù)位電路單元和采樣及讀卡傳感器。這種結(jié)構(gòu)在靜態(tài)時，內(nèi)部的微處理器單元CPU采取睡眠或低功耗方式來延長電池壽命，電源一般用一節(jié)3.6V鋰電池或雙電源(一節(jié)3.6V鋰電池和兩節(jié)干電池)模擬信號電源與數(shù)字信號電源不分離的供電方式，靜態(tài)電流一般在3微安到幾十微安，電池電壓檢測單元是在微處理器單元CPU工作的全過程中進(jìn)行檢測；而雙電源供電方式則更是需要檢測兩組電源電壓。CPU復(fù)位電路單元采取接10幾到幾百上拉電阻和一個104μF濾波電容，采樣及讀卡傳感器是通過加上拉電阻直接與CPU的IO口相連。這種結(jié)構(gòu)不對IC卡座電源進(jìn)行控制，即不管是否需要對卡進(jìn)行讀寫操作卡座電源總是處于上電狀態(tài)。
現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)存在以下不足①鋰電池的使用年限普遍達(dá)不到，長的一兩年，短的半年就欠壓了(規(guī)定使用年限5年以上)，雙電源供電干電池需經(jīng)常更換很不方便，且因鋰電池有滯后現(xiàn)象造成在大電流工作時(閥門動作)電池電壓檢測誤檢。②因干擾或上電容易導(dǎo)致CPU非正常復(fù)位和死機(jī)。③因干擾或人為攻擊采樣及讀卡傳感器信號極易造成誤計量和誤動作。④卡座電源總是處于上電狀態(tài)增加了電路的功耗，降低了電路工作的可靠性。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種計量準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定、控制可靠且超低功耗的IC卡智能水表的控制裝置。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出的解決方案為一種IC卡智能水表的控制裝置，它包括微處理器、采樣傳感器、IC卡控制單元、存儲單元、電壓檢測單元、顯示單元、電源控制單元、閥門控制單元以及微分觸發(fā)單元，其中采樣傳感器和IC卡控制單元與微處理器的輸入端相連，顯示單元和閥門控制單元與微處理器的輸出端相連；電壓檢測單元的輸入端與電源控制單元相連，輸出端與微處理器相連；存儲單元與微處理器相連，其特征在于所述電源控制單元分為三路電源控制電路，一路與微處理器相連，一路與閥門控制單元、顯示單元、采樣傳感器以及IC卡控制單元相連，另一路與電壓檢測單元相連。
所述電源控制單元的三路電源控制電路分別是微處理器的工作電源+5V、電壓檢測單元檢測電池電壓時用的電源VCC以及為閥門控制單元、顯示單元、采樣傳感器以及IC卡控制單元供電的電源VGG；其中電池電源與三極管T5的集電極連接，三極管T5的發(fā)射極輸出VCC；VCC連接穩(wěn)壓芯片V3以及電壓檢測單元的低電壓檢測芯片V2，VCC經(jīng)過穩(wěn)壓芯片V3后由V3的輸出腳穩(wěn)定輸出+5V電源，作為數(shù)字電路電源；VDD與二極管D4、D5連接后輸出VGG，作為閥門驅(qū)動、采樣信號的模擬信號電源。
所述控制裝置進(jìn)一步包括微分觸發(fā)單元，該微分觸發(fā)單元的輸入端與采樣傳感器和IC卡控制單元相連，輸出端與電源控制單元相連。
所述微分觸發(fā)單元包括二極管D1與電容C13組成第一微分觸發(fā)信號發(fā)生器、二極管D2與電容C6組成的第二微分觸發(fā)信號發(fā)生器以及二極管D3與電容C7組成的第三微分觸發(fā)信號發(fā)生器，第一微分觸發(fā)信號發(fā)生器、第二微分觸發(fā)信號發(fā)生器和第三微分觸發(fā)信號發(fā)生器的觸發(fā)信號與三極管T4的基極相連，三極管T4的集電極與三極管T5的基極相連，微處理器與三極管T4的基極相連。
所述采樣傳感器的傳感器信號通過三極管T1、T6與微處理器的IO口相連，電容C8、C14分別并連在T、T6發(fā)射極上。
所述微處理器的復(fù)位腳外加電壓檢測器，該電壓檢測器的輸入端與微處理器電源+5V連接，輸出端與微處理器復(fù)位腳連接。
所述IC卡控制單元的電源VCC與+5V相連接，VSS連接三極管T3的集電極，三極管T3的基極與微處理器連接，三極管T3發(fā)射極與地相接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的創(chuàng)新點(diǎn)在于1、本實(shí)用新型IC卡智能水表的控制裝置中電源控制單元分為三路電源控制電路，一路與微處理器相連，一路與閥門控制單元、顯示單元、采樣傳感器以及IC卡控制單元相連，另一路與電壓檢測單元相連。這樣的話，將模擬信號電源與數(shù)字信號電源分離，解決了因大電流影響微處理器正常工作的問題，工作更加穩(wěn)定、能耗降低、控制可靠；2、本實(shí)用新型IC卡智能水表的控制裝置中進(jìn)一步包括微分觸發(fā)單元，該微分觸發(fā)單元的輸入端與采樣傳感器和IC卡控制單元相連，輸出端與電源控制單元相連。微分電路硬件中斷喚醒CPU上電工作，使本硬件控制電路在靜態(tài)時電流為零，徹底解決IC卡水表電池使用壽命或需經(jīng)常更換電池的問題，從而將能耗降低為最小，且供電更為可靠；3、本實(shí)用新型IC卡智能水表的控制裝置中微處理器的復(fù)位腳外加電壓檢測器，該電壓檢測器的輸入端與微處理器電源+5V連接，輸出端與微處理器復(fù)位腳連接；從而保證了微處理器工作的穩(wěn)定性，防止因?yàn)楣ぷ鞒霈F(xiàn)大電流突然把電源電壓拉低導(dǎo)致程序跑飛，保證了微處理器工作的穩(wěn)定性；4、本實(shí)用新型IC卡智能水表的控制裝置中采樣傳感器的傳感器信號通過三極管T1、T6與微處理器的IO口相連，電容C8、C14分別并連在T、T6發(fā)射極上，保證了信號采集的準(zhǔn)確性；微處理器需要查詢采樣信號時，先使T1、T6導(dǎo)通再查詢采樣信號，保證了采樣信號采集的準(zhǔn)確性，有效防止誤判斷；采樣信號經(jīng)過三極管T1、T2隔離后，同時通過電容C8、C14的濾波實(shí)，現(xiàn)了模擬信號與數(shù)字信號的分離，有效的防止了采樣信號對系統(tǒng)的干擾；5、本實(shí)用新型IC卡智能水表的控制裝置中IC卡控制單元的電源VCC與+5V相連接，VSS連接三極管T3的集電極，三極管T3的基極與微處理器連接，三極管T3發(fā)射極與地相接。這樣的話，卡座電源由微處理器直接控制，提高了讀寫IC卡數(shù)據(jù)的可靠性，也能夠有效保護(hù)IC卡數(shù)據(jù)不受干擾。


圖1是本實(shí)用新型的框架結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的電路原理示意圖。
1、微處理器2、采樣傳感器3、IC卡控制單元4、存儲單元5、電壓檢測單元6、顯示單元7、電源控制單元8、閥門控制單元9、微分觸發(fā)單元具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，本實(shí)用新型的IC卡智能水表的控制裝置包括微處理器1、采樣傳感器2、IC卡控制單元3、存儲單元4、電壓檢測單元5、顯示單元6、電源控制單元7、閥門控制單元8以及微分觸發(fā)單元9，其中采樣傳感器2和IC卡控制單元3與微處理器1的輸入端相連，顯示單元6和閥門控制單元8與微處理器1的輸出端相連；電壓檢測單元5的輸入端與電源控制單元7相連，輸出端與微處理器1相連；存儲單元4與微處理器1相連，其特征在于所述電源控制單元7分為三路電源控制電路，一路與微處理器1相連，一路與閥門控制單元8、顯示單元6、采樣傳感器2以及IC卡控制單元3相連，另一路與電壓檢測單元5相連。本實(shí)用新型進(jìn)一步包括微分觸發(fā)單元9，該微分觸發(fā)單元9的輸入端與采樣傳感器2和IC卡控制單元3相連，輸出端與電源控制單元7相連。
如圖2所示的本實(shí)用新型一個具體實(shí)施例的電路原理示意圖，本實(shí)用新型的微處理器1(IC1)采用MICROCHIP公司的PIC16C62B作為本裝置的控制器。微處理器1的21、28腳為采樣傳感器2的信號輸入腳，它們分別由J5的1、3與T1、R12、R6、C8和J5的2、3與T6、R24、R25、C14組成。在常態(tài)下微處理器1的4腳輸出為高電平時，檢測21、28腳為輸入低，當(dāng)采樣傳感器2的1或2動作時，檢測21或28腳發(fā)生一個由低到高的跳變應(yīng)計數(shù)一次。本采樣計數(shù)電路因采用三極管隔離并通過低層軟件進(jìn)行防抖動與抗干擾處理，提高了計量的準(zhǔn)確性和可靠性。存儲單元4是由IC2(24C01A)、R29、R5、R10、C11、C14、+5V組成數(shù)據(jù)存儲電路。顯示單元6是由J3、RJ04、C3組成液晶顯示驅(qū)動電路，可顯示5位數(shù)字及交費(fèi)、關(guān)閥等相關(guān)水表信息。閥門控制單元8的3腳、T8、T10、R20、J2、VGG組成閥門關(guān)閉驅(qū)動電路；閥門控制單元8的2腳、T9、T7、R21、J2、VGG組成閥門開啟驅(qū)動電路；閥門控制單元8的11腳、R15、C15、J2、+5V組成閥門開到位信號檢測電路；閥門控制單元8的12腳、R16、C16、J2、+5V組成閥門關(guān)到位信號檢測電路。
本實(shí)用新型的IC卡控制單元3的J10為IC卡座，18腳T3、R22組成IC卡讀、寫控制電路，當(dāng)需要進(jìn)行IC卡讀寫操作時，18腳輸出高電平T3導(dǎo)通給IC卡上電，完成讀寫后18腳輸出低電平T3截止下電。這樣的話，卡座電源由微處理器1直接控制，提高了讀寫IC卡數(shù)據(jù)的可靠性?？ㄗ娫碫CC與+5V相連接，VSS連接三極管T3集電極，T3基極與微處理器1的18腳連接，發(fā)射極與地相接。由微處理器1控制T3來實(shí)現(xiàn)卡座電源Vss的通斷，當(dāng)微處理器1要讀寫IC卡數(shù)據(jù)時，T3導(dǎo)通，IC卡芯片上電，讀寫完成后，T3截止，IC卡芯片下電，從而有效保護(hù)IC卡數(shù)據(jù)不受干擾。
本實(shí)用新型采樣傳感器2的傳感器信號通過三極管T1、T6與微處理器1的IO口相連，保證了信號采集的準(zhǔn)確性；采樣信號1、2分別與T1、T6集電極連接，T1、T6基極連接微處理器1的4腳、發(fā)射極分別連接微處理器1的21、28腳，電容C8、C14分別并連在T、T6發(fā)射極上。微處理器1需要查詢采樣信號時，先使T1、T6導(dǎo)通再查詢采樣信號，保證了采樣信號采集的準(zhǔn)確性，有效防止誤判斷；采樣信號經(jīng)過三極管T1、T2隔離后，同時通過電容C8、C14的濾波實(shí)，現(xiàn)了模擬信號與數(shù)字信號的分離，有效的防止了采樣信號對系統(tǒng)的干擾。
本實(shí)用新型的電壓檢測單元5是由V2(HT7044)、VCC、+5V、R30、R23、R31組成電源電壓檢測模塊，其特點(diǎn)是采用4.4V電壓檢測，其輸入端電源與輸出端上拉電源分離，能準(zhǔn)確的監(jiān)測電池的使用情況。微處理器1的復(fù)位腳外加HT7033電壓檢測器，在微處理器1上電后電壓高于3.3V才開始工作，保證了微處理器1工作的穩(wěn)定性。電壓檢測器HT7033輸入端與微處理器1電源+5V連接，輸出端與微處理器1復(fù)位腳連接，當(dāng)輸入端電壓高于3.3V時，輸出端輸出高電平，微處理器1正常工作，當(dāng)輸入端電壓低于3.3V時，輸出端輸出低電平，微處理器1復(fù)位，從而防止因?yàn)楣ぷ鞒霈F(xiàn)大電流突然把電源電壓拉低導(dǎo)致程序跑飛，保證了微處理器1工作的穩(wěn)定性。
本實(shí)用新型的電源控制單元7分為三路電源控制電路，一路是微處理器1的工作電源+5V，一路是電壓檢測單元5檢測電池電壓時用的電源VCC，另一路是為閥門控制單元8、顯示單元6、采樣傳感器2以及IC卡控制單元3供電的電源VGG，這樣的話將模擬信號電源與數(shù)字信號電源分離，解決了因大電流影響CPU正常工作的問題。其中電池電源(VDD)與三極管T5的集電極連接，三極管T5的發(fā)射極輸出VCC；VCC連接穩(wěn)壓芯片V3(HT7150)的輸入腳(1腳)以及電壓檢測單元5的低電壓檢測芯片V2(HT7044)輸入腳(1腳)，若VCC電壓低于4.4V則V2的輸出腳(3腳)輸出低電平給微處理器1，表明電池電壓過低；VCC經(jīng)過V3穩(wěn)壓芯片后由V3的輸出腳(3腳)穩(wěn)定輸出+5V電源，作為數(shù)字電路電源；VDD與二極管D4、D5連接后輸出VGG，作為閥門驅(qū)動、采樣信號等模擬信號電源。
本實(shí)用新型有三個硬件觸發(fā)中斷喚醒信號，分別是J5的1、2與3組成的采樣傳感器2的信號、J10的K1與K2組成的IC卡控制單元3的插卡信號，VGG為兩節(jié)3V的鋰錳電池串聯(lián)(VDD)后經(jīng)D4、D5提供的觸發(fā)電源，其中采樣信號1、2，插卡信號K1分別與二極管IN4148 D1、D2、D3連接分別與電容C6、C7、C13連接，D1與C13、D2與C6、D3與C7分別構(gòu)成三個微分觸發(fā)信號發(fā)生器，這三個微分觸發(fā)信號發(fā)生器組成了微分觸發(fā)單元9。三個微分觸發(fā)信號發(fā)生器觸發(fā)信號與三極管T4基極相連，T4集電極與T5基極相連，微處理器1的13腳與三極管T4基極相連。當(dāng)有采樣信號或是插卡信號時，產(chǎn)生觸發(fā)信號使T4、T5導(dǎo)通，微處理器1上電工作，微處理器1的13腳輸出高電平，使T4、T5持續(xù)導(dǎo)通，系統(tǒng)上電正常工作，當(dāng)系統(tǒng)處理完成以后，微處理器1的13腳輸出低電平，系統(tǒng)斷電。再進(jìn)一步具體的說，以微處理器1供電為例，當(dāng)三個硬件觸發(fā)中斷喚醒信號中有一個或一個以上動作時通過微分觸發(fā)電路將T4、T5導(dǎo)通，VDD經(jīng)過V3(HT7150)給微處理器1上電。上電后微處理器1的13腳輸出高電平持續(xù)導(dǎo)通T4、T5保證微處理器1正常工作。當(dāng)微處理器1工作處理完后13腳輸出低電平T4、T5截止微處理器1下電。電阻R18和V1(HT7033)組成CPU復(fù)位控制電路，只有當(dāng)微處理器1工作電壓高于3.3V時才進(jìn)入工作狀態(tài)，保證了微處理器1工作的穩(wěn)定性。
工作原理在一般狀態(tài)下，本裝置處理斷電待命狀態(tài)，當(dāng)采樣傳感器2和IC卡控制單元3有采樣信號或是插卡信號輸入時，由微分觸發(fā)單元9產(chǎn)生一個或一個以上中斷喚醒信號，電源控制單元7的T4、T5導(dǎo)通，VDD經(jīng)過V3給微處理器1上電，上電后微處理器1的13腳輸出高電平持續(xù)導(dǎo)通T4、T5保證微處理器1正常工作。微處理器1上電后通過存儲單元4讀出存儲器24C01中本IC卡水表可用水量、總用水量等有關(guān)信息放入微處理器1的內(nèi)存中，接著檢測IC卡控制單元3，若有讀卡信號，則執(zhí)行讀卡程序，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后存入微處理器1的內(nèi)存，同時根據(jù)處理結(jié)果給顯示單元6和閥門控制單元8發(fā)出信號，顯示該水表可用水量等狀態(tài)信息同時根據(jù)處理結(jié)果控制閥門的開啟和關(guān)閉。微處理器1接下來檢測25腳的狀態(tài)來判斷電源控制單元7是否發(fā)出了低電壓檢報警信號，若有報警信號，則微處理器1控制顯示單元6對該狀態(tài)進(jìn)行顯示并通過閥門控制模塊關(guān)閉閥門，若沒有報警信號，則檢測采樣模塊，若采樣模塊輸入給CPU 21、28腳同時為低信號表示水表受強(qiáng)磁場影響，則CPU控制顯示模塊對該狀態(tài)進(jìn)行顯示并通過閥門控制單元8關(guān)閉閥門，微處理器1若檢測到21、28腳只有一個為低則此時采樣傳感器的1或2動作，檢測21或28腳發(fā)生一個由低到高的跳變應(yīng)計數(shù)一次。待數(shù)據(jù)處理完成后，微處理器1的內(nèi)存數(shù)據(jù)通過存儲單元4把數(shù)據(jù)存入24C01中。等一切狀態(tài)處理完成以后，微處理器1的13腳輸出低電平T4、T5截止，微處理器1下電，模塊處于斷電待命狀態(tài)，等待下一次中斷信號。
權(quán)利要求1.一種IC卡智能水表的控制裝置，它包括微處理器(1)、采樣傳感器(2)、IC卡控制單元(3)、存儲單元(4)、電壓檢測單元(5)、顯示單元(6)、電源控制單元(7)、閥門控制單元(8)以及微分觸發(fā)單元(9)，其中采樣傳感器(2)和IC卡控制單元(3)與微處理器(1)的輸入端相連，顯示單元(6)和閥門控制單元(8)與微處理器(1)的輸出端相連；電壓檢測單元(5)的輸入端與電源控制單元(7)相連，輸出端與微處理器(1)相連；存儲單元(4)與微處理器(1)相連，其特征在于所述電源控制單元(7)分為三路電源控制電路，一路與微處理器(1)相連，一路與閥門控制單元(8)、顯示單元(6)、采樣傳感器(2)以及IC卡控制單元(3)相連，另一路與電壓檢測單元(5)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IC卡智能水表的控制裝置，其特征在于所述電源控制單元(7)的三路電源控制電路分別是微處理器(1)的工作電源+5V、電壓檢測單元(5)檢測電池電壓時用的電源VCC以及為閥門控制單元(8)、顯示單元(6)、采樣傳感器(2)以及IC卡控制單元(3)供電的電源VGG；其中電池電源與三極管T5的集電極連接，三極管T5的發(fā)射極輸出VCC；VCC連接穩(wěn)壓芯片V3以及電壓檢測單元(5)的低電壓檢測芯片V2，VCC經(jīng)過穩(wěn)壓芯片V3后由V3的輸出腳穩(wěn)定輸出+5V電源，作為數(shù)字電路電源；VDD與二極管D4、D5連接后輸出VGG，作為閥門驅(qū)動、采樣信號的模擬信號電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的IC卡智能水表的控制裝置，其特征在于所述控制裝置進(jìn)一步包括微分觸發(fā)單元(9)，該微分觸發(fā)單元(9)的輸入端與采樣傳感器(2)和IC卡控制單元(3)相連，輸出端與電源控制單元(7)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IC卡智能水表的控制裝置，其特征在于所述微分觸發(fā)單元(9)包括二極管D1與電容C13組成第一微分觸發(fā)信號發(fā)生器、二極管D2與電容C6組成的第二微分觸發(fā)信號發(fā)生器以及二極管D3與電容C7組成的第三微分觸發(fā)信號發(fā)生器，第一微分觸發(fā)信號發(fā)生器、第二微分觸發(fā)信號發(fā)生器和第三微分觸發(fā)信號發(fā)生器的觸發(fā)信號與三極管T4的基極相連，三極管T4的集電極與三極管T5的基極相連，微處理器(1)與三極管T4的基極相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IC卡智能水表的控制裝置，其特征在于所述采樣傳感器(2)的傳感器信號通過三極管T1、T6與微處理器(1)的IO口相連，電容C8、C14分別并連在T、T6發(fā)射極上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IC卡智能水表的控制裝置，其特征在于所述微處理器(1)的復(fù)位腳外加電壓檢測器，該電壓檢測器的輸入端與微處理器(1)電源+5V連接，輸出端與微處理器(1)復(fù)位腳連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IC卡智能水表的控制裝置，其特征在于所述IC卡控制單元(3)的電源VCC與+5V相連接，VSS連接三極管T3的集電極，三極管T3的基極與微處理器(1)連接，三極管T3發(fā)射極與地相接。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IC卡智能水表的控制裝置，其特征在于所述采樣傳感器(2)的傳感器信號通過三極管T1、T6與微處理器(1)的IO口相連，電容C8、C14分別并連在T、T6發(fā)射極上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IC卡智能水表的控制裝置，其特征在于所述微處理器(1)的復(fù)位腳外加電壓檢測器，該電壓檢測器的輸入端與微處理器(1)電源+5V連接，輸出端與微處理器(1)復(fù)位腳連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IC卡智能水表的控制裝置，其特征在于所述IC卡控制單元(3)的電源VCC與+5V相連接，VSS連接三極管T3的集電極，三極管T3的基極與微處理器(1)連接，三極管T3發(fā)射極與地相接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種IC卡智能水表的控制裝置，它包括微處理器、采樣傳感器、IC卡控制單元、存儲單元、電壓檢測單元、顯示單元、電源控制單元、閥門控制單元以及微分觸發(fā)單元，其中采樣傳感器和IC卡控制單元與微處理器的輸入端相連，顯示單元和閥門控制單元與微處理器的輸出端相連；電壓檢測單元的輸入端與電源控制單元相連，輸出端與微處理器相連；存儲單元與微處理器相連，所述電源控制單元分為三路電源控制電路，一路與微處理器相連，一路與閥門控制單元、顯示單元、采樣傳感器以及IC卡控制單元相連，另一路與電壓檢測單元相連。本實(shí)用新型具有計量準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定、控制可靠且超低功耗等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G05B11/00GK2891117SQ20062005039
公開日2007年4月18日 申請日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月24日
發(fā)明者楊超, 粟娟, 張奇亮, 龔岳平, 肖大華, 張軍 申請人:長沙博路通信息技術(shù)有限公司, 長城信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司