專利名稱：電卡(ic卡)式煤氣計費(fèi)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采用電卡(IC卡)來自動計費(fèi)、控制煤氣表的裝置，特別適用于城市管道煤氣的自動計費(fèi)和定量控制，屬煤氣表控制領(lǐng)域。
目前、在國內(nèi)管道煤氣用戶的計費(fèi)中，都采用人工抄表方式，此方式原始，落后，不但費(fèi)時費(fèi)工，而且用戶先用氣，后付款，無形中給煤氣管理部門造成很大損失.同時有關(guān)部門不能及時了解、掌握用戶的用氣狀況，不便對用戶進(jìn)行統(tǒng)一的管理；中國專利ZL93207187和ZL93219663公開了一種使用磁卡自動計量的磁卡式煤氣表，但此種磁卡式煤氣表也存在下列缺點驅(qū)動磁頭的馬達(dá)及機(jī)械部件易于損壞；在廚房環(huán)境下，容易造成磁頭、磁卡表面的污染，發(fā)生讀、寫數(shù)據(jù)錯誤；成本偏高。
本實用新型的目的是提供一種克服上述技術(shù)缺點，采用低功耗CPU為主控部件的電卡式(或者稱IC卡)煤氣裝置，通過安裝于煤氣表內(nèi)的控制電路來實現(xiàn)煤氣自動計費(fèi)、自動控制功能。
本實用新型提供以斷氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)、到位接觸器和閥門共同構(gòu)成的閥門控制機(jī)構(gòu)。
本實用新型的目的是通過下列機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路完成的在包含有煤氣表、進(jìn)氣管和出氣管的組成的煤氣表，其特征在于(1)在煤氣表的進(jìn)氣管處裝有包含斷氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)、到位接觸器和閥門共同構(gòu)成的閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)，(2)及裝在煤氣表表頭內(nèi)部傳動齒輪上的磁缸和傳感器，(3)和含有中央處理器(CPU(U1)、數(shù)據(jù)存貯器、指示燈(U5)、訊響器(U6)、檢測電路(K1、K2)、穩(wěn)壓電源(C3、C4U9、C6、C5)構(gòu)成的控制電路，(4)與控制電路插口方式連接的電卡；斷氣機(jī)構(gòu)可由包含有直流馬達(dá)、傳動變速齒輪構(gòu)成，其傳動變速齒輪直接與球型閥固定連接，傳動變速齒輪上裝有到位接觸器，直流馬達(dá)上的齒輪直接與傳動變速齒輪嚙合，直流馬達(dá)的控制線與控制電路相接；斷氣機(jī)構(gòu)也可直接由電磁閥構(gòu)成，電磁閥的控制線與控制電路相接；磁鋼和傳感器最好裝在煤氣表百分位傳動齒輪上。
本裝控制電路部份的電路連接特征是A.中央處理器CPU(U1)的P3.6、P3.7分別接提升電阻R7、R8，E2PROM(U3)的5、6腳，端子A1、A2，電阻R7、R8另一端接電源正；P3.3、P3.4、P3.5分別經(jīng)電阻(R3、R4、R5)接達(dá)林頓管陳列(U2)的1、2、3腳，RST接電介電容(C3)的負(fù)極，電容正極接電源正。X1、X2接晶振U15，同時接電容C1、C2，C1、C2的另一端接地；INT1接傳感器U14的2腳；T0接電壓比較器393(U12)的1腳；P3.0和T0腳相連；P3.1接提升電阻R1和接觸開關(guān)K1；P3.2接提升電阻R2和接觸開關(guān)K2；電阻R1、R2的另一端接電源正，K1、K2另一端接地。
B.數(shù)據(jù)存貯器E2PROM(U3)的1、2、3腳接地；卡上A4端子口接主板地，A5端子口接主板電源正；C.驅(qū)動電路由達(dá)林頓晶體管陣列，電阻R9，發(fā)光管U5，電阻R10，訊響器U6，直流馬達(dá)U7，等器件組成；達(dá)林頓晶體管陣列(U2)的16腳接電阻R9，R9另一端接發(fā)光管U5的負(fù)極，其正極接正電源；15腳接電阻R10，R10另一腳接訊響器U6，U6另一端接電源正；14腳接直流馬達(dá)U7，U7另一端接電源正；D.傳感器U14的1腳接電源正，3腳接地，2腳接CPU(U1)的19腳；
E.電壓過低檢測電路由穩(wěn)壓電源U9)，電容器(C3、C4、U9、C6、C5)，電池充電U10、電源切換U11、電壓過低檢測U13等器件組成，詳細(xì)連接如下電源穩(wěn)壓器U9的輸出腳(2腳)接二極管U10的正極，負(fù)極接系統(tǒng)電源正，同時，經(jīng)R11接電池(D)正極，同時電池(D)正極又經(jīng)二極管U11的正極連至電源正。比較器的1腳接電阻R15，R15另一端接電源正；2腳接電阻R13和U13的負(fù)極，R13另一端接電源正，U13的正極接地；3腳接電阻R12、R14、R12的另一端接電池(D)正極，R14另一端接地。
本裝置基本工作原理是從安裝在煤氣表內(nèi)部傳動齒輪的磁鋼(5)和傳感器(6)上得到用戶實際煤氣用量信號，讓該信號與存貯本裝置中控制電路中的用戶可使用煤氣量進(jìn)行對比，最終控制斷氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)(直流馬達(dá)或者電磁閥)轉(zhuǎn)動，使球型閥是處于″開″位置、還是處于″關(guān)″位置。其電路的特點主要有下列幾點1.穩(wěn)壓電源和后備電池之間的相互切換和穩(wěn)壓電源對電池的充電技術(shù)。
2.電壓異常檢測電路。
2.1通過比較器獲得電壓過低信號，中斷CPU執(zhí)行關(guān)閥動作。
2.2聯(lián)接中斷信號到CPU的I/O口，通過對I/O口的判讀，獲知電壓是否恢復(fù)正常，從而結(jié)束中斷。
3.CPU工作模式休眠、蘇醒狀態(tài)的使用方式，具體有3.1CPU平時一直處于休眠狀態(tài)。
3.2使用外部讀卡信號，通過中斷喚醒CPU，讀入數(shù)據(jù)后恢復(fù)休眠狀態(tài)。
3.3使用傳感器感應(yīng)信號通過中斷喚醒CPU，記錄下煤氣消耗后恢復(fù)省電狀態(tài)。
4.采用集成電卡，卡上數(shù)據(jù)存于串行E2PROM中。
5.煤氣消耗的記錄方式5.1超量使用按負(fù)數(shù)記錄。
5.2從煤氣卡上讀入并存入E2ROM的煤氣數(shù)以某一加權(quán)系數(shù)為單位(如10)，在用完10方后，對其數(shù)據(jù)減1。
6.通、斷煤氣的工作模式正常時煤氣閥門處于常開狀態(tài)，斷電、且電池電壓過低，或煤氣用完，閥門自動關(guān)閉。
本實用新型由于采用了以低功耗CPU為主控部件的電卡式方式，因此具有高集成度，高可靠性，不怕環(huán)境污染和低成本的優(yōu)點，是一更適于推廣的管道煤氣自動計費(fèi)，定量控制裝置。
下面結(jié)合實施例將本實用新型裝置工作原理做進(jìn)一步詳述。


圖1為本裝置的電路原理圖。
圖2為電源機(jī)構(gòu)電路原理圖。
圖3為本裝置主程序流程圖。
圖4為本裝置讀寫卡中斷程序流程圖。
圖5為本裝置的計數(shù)中斷程序流程圖。
圖6為本裝置掉電中斷程序流程圖。
圖7為本裝置直流馬達(dá)斷氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖和煤氣表表頭內(nèi)部磁缸及傳感器放置位置的示意圖。
如圖1開示，本實用新型的CPU(U1)選用低功耗型具有I2C總線和外部中斷功能的單片機(jī)87C51，該機(jī)具有體積小，功耗低，性能高的優(yōu)點。它完成對整個系統(tǒng)的控制，計量任務(wù)；外部數(shù)據(jù)存貯器(U3)和卡上數(shù)據(jù)存貯介質(zhì)(U4)選用2線式E2PROM AT24C02，容量為256*8，電壓范圍寬，功耗低，和CPU連接均為2線式的串行方式，只占用CPU的2根I/O口；驅(qū)動電路選用達(dá)林頓晶體管陣列2003(U2)，集成度高，驅(qū)動電流大和CPU連接簡單。CPU3根I/O口線通過電阻和U2的輸入端相連，其輸出接驅(qū)動發(fā)光管，訊響器、直流馬達(dá)。電卡的插入信號接CPU的中斷INT0，霍爾傳感器傳來的煤氣消耗信號接中斷INT1，電壓過低檢測電路輸出的電壓過低信號接中斷T0(擴(kuò)展為外部中斷)，閥門″開″到位信號，″關(guān)″到位信號以及掉電信號分別接至CPU的三個I/O口，P3.0，P3.1，P3.2。
本系統(tǒng)的工作流程分為以下幾部分主程序流程框圖(見圖三)；讀寫卡中斷程序流程圖(見圖四)；計數(shù)中斷程序流程圖(見圖五)；掉電中斷程序流程圖(見圖六)。
內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)定義如下(1)RAM0煤氣數(shù)暫存區(qū)。(2)ROM0卡上煤氣數(shù)存貯區(qū)。(3)ROM1煤氣數(shù)存貯區(qū)。(4)Bell氣少標(biāo)志位，若為1，在每用完一方煤氣后，系統(tǒng)給出聲響提示。
如圖2所示，電源部分由于采用了市電和電池共用的方式，能保證在連續(xù)停電100小時的情況下，系統(tǒng)繼續(xù)正常工作，之后產(chǎn)生掉電中斷信號，其原理如下220V市電經(jīng)整流濾波和7806穩(wěn)壓后獲得6V直流電源，經(jīng)二極管供給系統(tǒng)時，同時經(jīng)電阻R對電池充電，充至5.3V。當(dāng)停電時，電池通過二極管U對系統(tǒng)供電，在電池電壓下降至使B1點電壓低于穩(wěn)壓管(B2點)電壓之前系統(tǒng)正常工作，一旦B1點電壓低于B2點時，將在電壓比較器U12的輸出端產(chǎn)生負(fù)跳變信號，從而喚醒CPU進(jìn)入掉電中斷程序，當(dāng)來電時，比較器U12的輸出端1恢復(fù)高電位，CPU通過監(jiān)測電路恢復(fù)正常工作。
如圖3所示，上電時，CPU進(jìn)入主程序流程，首先初始化內(nèi)部寄存器、有關(guān)I/O口，清RAM0區(qū)，之后，判ROM0是否為0，若為0，則表示無結(jié)存煤氣可用，啟動馬達(dá)驅(qū)動蝶閥，根據(jù)到位指示器(K1)信號完成閉閥功能，同時開指示燈，提示用戶內(nèi)部已無煤氣。若不為0，則表示存有可用煤氣，先把ROM0減1，并置RAM0為10，啟動馬達(dá)，驅(qū)動蝶閥，根據(jù)到位指示信號器(K2)完成開閥功能。在此為了減少對EPROM的寫入次數(shù)延長使用壽命，ROM0，ROM1區(qū)的數(shù)據(jù)以10為單位，故ROM0減1后，把RAM0置為10，作為煤氣使用數(shù)的臨時緩存區(qū)。完成上述工作后，開放中斷，執(zhí)行省電指令，CPU進(jìn)入省電狀態(tài)，以節(jié)省電能，此時整個系統(tǒng)的耗電在3mA左右，在沒有外部信號觸發(fā)的情況下，系統(tǒng)一直保持該狀態(tài)。由于系統(tǒng)把讀卡信號，煤氣消耗信號，電源電壓過低信號分別接入CPU中斷INT0，INT1和定時器擴(kuò)展的外部中斷，所以只要以上任一信號到來，即可喚醒CPU，實現(xiàn)其對應(yīng)的中斷任務(wù)。
如圖4所示，當(dāng)插入煤氣電卡時，由于插入信號接至CPUINT0，將喚醒CPU，產(chǎn)生INT0中斷，中斷程序完成以下任務(wù)進(jìn)一步確定卡是否正確插入，若插入不正確返回，若正確，再讀卡號判斷卡號是否和本臺主機(jī)號相符，若不符，不執(zhí)行任何讀寫，直接返回，若相符，則把卡上數(shù)據(jù)讀入，并和ROM1內(nèi)煤氣數(shù)相加后，再存入ROM1，同時清除卡上數(shù)據(jù)，和清除少氣標(biāo)志Bell，打開煤氣閥，關(guān)閉少氣指示燈，返回主程序，CPU重新進(jìn)入省電狀態(tài)。
如圖5所示，由于傳感器磁缸固定于煤氣表的轉(zhuǎn)動齒輪上，因此，當(dāng)使用煤氣時，傳感器將從煤氣表上的齒輪轉(zhuǎn)動獲取煤氣使用信號，此信號接至CPU的INT1，因此一旦消耗一方煤氣，將喚醒CPU進(jìn)入煤氣中斷程序，完成下列任務(wù)先對RAM0區(qū)數(shù)據(jù)減1，之后判是否為0，不為0，再判Bell為1否，為1表明內(nèi)部所剩煤氣在10方以內(nèi)，給出聲光報警，之后返回，否則直接返回。若RAM0區(qū)為0，再判ROM1區(qū)為0否，為0，則表明煤氣已全部用完，關(guān)閉煤氣閥，開無氣指示燈，返回主程序。若ROM1區(qū)不為0則ROM1區(qū)減1，并置RAM1區(qū)為10。在返回主程序前，再判ROM1區(qū)為0否，為0，則置少氣標(biāo)志為1后，否則置0。
如圖6所示，當(dāng)無市電，且電池電壓過低時，產(chǎn)生掉電信號，從CPU的T0中斷喚醒CPU，進(jìn)入掉電中斷電程序關(guān)閉閥門，循環(huán)判斷掉電信號。由于掉電信號在送中斷T0時，同時送CPU的P3.0口，(見圖一)，完成對掉電信號的監(jiān)測。所以通過判I/O口P3.0即可確認(rèn)電源是否恢復(fù)，若恢復(fù)，則開閥門，返回主程序。
如圖7所示，本裝置的斷氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)常用的有機(jī)械式(直流馬達(dá)驅(qū)動)和電控制式(電磁閥驅(qū)動)兩種方式。一種是直流馬達(dá)(3)控制線接到控制電路的信號后轉(zhuǎn)動，經(jīng)傳動齒輪傳動(7)讓閥門處于“開”或者是“關(guān)”位置。另一種是電控制式是電磁閥控制線收到控制電路信號后，電磁閥動作，使閥門處于“開”或者是“關(guān)”位置。也還可以采用萁它控制方式，只要能讓閥門轉(zhuǎn)動為“開”或者“關(guān)”位置即可。
其中圖7序號如下1——出氣管； 2——煤氣表；3——直流馬達(dá)；4——進(jìn)氣管；5——磁缸；6——傳感器；7——傳動變速齒輪；8——到位接觸器。
本實用新型具有高可靠性，高集成度，不怕環(huán)境污染的電卡式煤氣計費(fèi)控制的特點。
權(quán)利要求1.一種電卡(IC卡)式煤氣計費(fèi)控制裝置，包含有煤氣表(2)、進(jìn)氣管(4)和出氣管(1)，其特征是(1)在煤氣表(2)的進(jìn)氣管處裝有包含斷氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)、到位接觸器(8)和閥門共同構(gòu)成的閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)，(2)及裝在煤氣表表頭內(nèi)部傳動齒輪上的磁鋼(5)和傳感器(6)，(3)和含有中央處理器(CPU(U1)、數(shù)據(jù)存貯器、指示燈(U5)、訊響器(U6)、檢測電路(K1、K2)、穩(wěn)壓電源(C3、C4、U9、C6、C5)構(gòu)成的控制電路，(4)與控制電路插口方式連接的電卡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電卡(IC卡)式煤氣自動控制器，其特征是A、中央處理器CPU(U1)的P3.6、P3.7分別接提升電阻R7、R8，E2PROM(U3)的5、6腳，端子A1、A2，電阻R7、R8另一端接電源正；P3.3、P3.4、P3.5分別經(jīng)電阻(R3、R4、R5)接達(dá)林頓管陳列(U2)的1、2、3腳，RST接電介電容(C3)的負(fù)極，電容正極接電源正。X1、X2接晶振U15，同時接電容C1、C2，C1、C2的另一端接地；INT1接傳感器U14的2腳；T0接電壓比較器393(U12)的1腳；P3.0和T0腳相連；P3.1接提升電阻R1和接觸開關(guān)K1；P3.2接提升電阻R2和接觸開關(guān)K2；電阻R1、R2的另一端接電源正，K1、K2另一端接地。B.數(shù)據(jù)存貯器E2PROM(U3)的1、2、3腳接地；卡上A4端子口接主板地，A5端子口接主板電源正；C.驅(qū)動電路由達(dá)林頓晶體管陣列，電阻R9，發(fā)光管U5，電阻R10，訊響器U6，直流馬達(dá)U7，等器件組成；達(dá)林頓晶體管陣列(U2)的16腳接電阻R9，R9另一端接發(fā)光管U5的負(fù)極，其正極接正電源；15腳接電阻R10，R10另一腳接訊響器U6，U6另一端接電源正；14腳接直流馬達(dá)U7，U7另一端接電源正；D.傳感器U14的1腳接電源正，3腳接地，2腳接CPU(U1)的19腳；E.電壓過低檢測電路由穩(wěn)壓電源U9)，電容器(C3、C4、U9、C6、C5)，電池充電U10、電源切換U11、電壓過低檢測U13等器件組成，詳細(xì)連接如下電源穩(wěn)壓器U9的輸出腳(2腳)接二極管U10的正極，負(fù)極接系統(tǒng)電源正，同時，經(jīng)R11接電池(D)正極，同時電池D正極又經(jīng)二極管U11的正極連至電源正。比較器的1腳接電阻R15，R15另一端接電源正；2腳接電阻R13和U13的負(fù)極，R13另一端接電源正，U13的正極接地；3腳接電阻R12、R14，R12的另一端接電池D正極，R14另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的電卡(IC卡)式煤氣自動控制器，其特征是斷氣機(jī)構(gòu)可由包含有直流馬達(dá)(3)、傳動變速齒輪(7)構(gòu)成，其傳動變速齒輪(7)直接與球型閥固定連接，傳動變速齒輪(7)上裝有到位接觸器(8)，直流馬達(dá)(3)上的齒輪直接與傳動變速齒輪嚙合，直流馬達(dá)的控制線與控制電路相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的電卡(IC卡)式煤氣自動控制器，其特征是斷氣機(jī)構(gòu)可直接由電磁閥構(gòu)成，電磁閥的控制線與控制電路相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電卡(IC卡)式煤氣自動控制器，其特征是磁鋼(5)和傳感器(6)最好裝在煤氣表百分位傳動齒輪上。
專利摘要本實用新型涉及一種電卡式(IC卡)煤氣自動控制裝置，屬煤氣表控制領(lǐng)域。本裝置是在煤氣表(2)的進(jìn)氣管處裝有包含斷氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)、到位接觸器(8)和閥門共同構(gòu)成的閥門驅(qū)動機(jī)構(gòu)，及裝在煤氣表表頭內(nèi)部傳動齒輪上的磁缸(5)和傳感器(6)，和含有中央處理器(CPU(U
文檔編號G07F15/02GK2240746SQ9520693
公開日1996年11月20日 申請日期1995年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月22日
發(fā)明者劉憲朝, 張炳蔚, 趙勇, 王健培, 李宗祿, 曹明武, 王春林 申請人:昆明七五零高新技術(shù)公司, 昆明煤氣總公司