专利名称：水、气、电三表一卡控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自动控制器，特别是涉及一种水、气、电三表一卡的自动计费、欠费限电控制器。
目前市场上面向物业管理部门开发的水、气、电计费自动控制器有很多种，但水、气、电各卡表间皆不兼容，采用这种装置的物业管理部门需同时购置三套收费管理系统，并向用户提供三种消费卡，即水卡、燃气卡和电卡，这样，即增加了使用单位的初期投资费用和运行管理费用，又给用户带来了极大不便；另外，燃气表欠费限气使用的磁保持阀，耗能相对较大，对后备电池的容量要求较高；水表欠费限水使用的压力控制阀成本较高，对水质要求严格，当水质略差时，阀的寿命和可靠性大为降低，极大地影响着产品质量；现有水、气、电计费自动控制器一般耗能较大，缩短了后备电池的寿命，从而降低了控制器的工作寿命，因此，控制器的功耗亟需降低。
本实用新型目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种水、气、电三表一卡控制器，可实现水、气、电用量三项数据的自动计量及预付费功能，并可实现欠费限电的功能，而且电路微功耗设计、集成度高、成本低。
本实用新型的水、气、电三表一卡控制器包括需安装在水表和燃气表上的舌簧管和磁钢、低通滤波电路、微处理器、液晶显示模块、IC卡及IC卡卡座、光耦、磁保持继电器、电源电路、后备电池、电源掉电检测及切换电路组成。
本实用新型的水、气、电三表一卡控制器还可包括当欠费时通知用户交费的报警电路。
正常用水、用电、用气时，单相电子式电度表直接输出的脉冲信号及由舌簧管输出的脉冲信号经低通滤波器滤去高频干扰后送至微处理器，微处理器分别对输入的水、电、气脉冲进行采集、计数、存储，并将购费余额通过液晶显示模块显示出来；IC卡通过IC卡卡座与微处理之间双向传输数据，一方面微处理器接受IC卡购费信息，另一方面又将微处理器中数据存储器中的各种表的计数信息随时传给IC卡。
有电情况下，该控制器由电源电路供电，电源电路将220V交流电变压、整流、稳压后输出5V的直流电。当停电时，切换电路自动将供电电源由电源电路切换到后备电池，保证停电时仍能对水、燃气的消耗量进行正常计数；电源掉电检测电路检测到掉电信息后，微处理器进入空闲工作方式，同时液晶显示模块关闭，以保证整个控制电路由后备电池供电时的低功耗要求。
微处理器根据用户欠费与否通过光耦向磁保持继电器发出控制信号，从而控制市电的关断与接通，达到欠费限电、缴费给电的目的。
本实用新型的有益效果是首先，该控制器通过将IC卡水表、IC卡燃气表、IC卡电表的公用部分集成在一起，进行集中计量、收费，实现三表一卡功能，物业管理部门只需要购置一套收费管理系统，减少了使用单位的初期投资费用和运行管理费用，用户只要持一张消费卡就可同时实现水、气、电的预交费功能，给物业管理和用户带来了极大方便；其次，该控制器不使用限气的磁保持阀和限水的压力控制阀，当欠费时，由磁保持继电器的关断来切断用户电源，通过限电达到提醒用户交费的目的，从而提高了安全性，降低了成本；另外，该控制器整机采用微功耗设计，使后备电池可保持不间断供电5～7年，延长了后备电池的使用寿命，从而保证了控制器的工作寿命。
综上所述，本实用新型所述的水、气、电三表一卡控制器具有一卡控制、低功耗、欠费限电且成本低等优点。
图1为本实用新型系统整体结构框图；图2为本实用新型系统电路原理图；图3为舌簧管工作原理图；图4为磁保持继电器与市电、户电的连接原理图。
下面以A、B两户一机为例，结合附图对本实用新型－水、气、电三表一卡控制器作进一步的详细说明为将水、燃气的信号转换成脉冲信号，如图3所示在水表及燃气表的字轮3上加装磁钢2，舌簧管1安装在水表及燃气表的上方，当正常用水、用气时，水表及燃气表中的字轮转动，带动磁钢转动，当磁钢从舌簧管下面经过时，使舌簧管触点4闭合，当磁钢远离舌簧管时，舌簧管断开，即字轮转动一周，舌簧管的触点开合一次，从而将水、燃气信号转换为电脉冲输出至低通滤波电路，所述舌簧管为常开触点型。电表采用单向电子式电度表。
参见图2，水表、燃气表、电度表脉冲信号经低通滤波电路J9滤掉高频干扰信号后进入微处理器IC2(PIC16C57)，其中SHG为图3所示舌簧管(HYR1002)。A户的水、气、电信号分别为AS、AQ、AD，B户水、气、电信号分别为BS、BQ、BD，依次输入微处理器的RC2、RC0、RB6、RB5、RC1、RB7引脚；微处理器对输入的两户6路电脉冲信号分别进行计数处理，计算出每户的购费余额，通过十位八段带小数点的液晶显示模块J8(LCM103)显示，前5位显示A户的购费余额，后5位显示B户的购费余额，5位显示的信息从左至右分别为符号、千位、百位、十位、个位，单位为元，对角、分的信息在微处理器中参与计数与计费，而不显示其具体数值。
本控制器采用电源电路J5供电，电源电路由变压器TRAN1、整流桥D8及稳压块W1为主构成，将220V交流电变压、整流、稳压后输出5V的直流电。自然停电时，微处理器IC2(PIC16C57)的RC4引脚检测到掉电信号后，微处理器进入空闲工作方式，液晶显示模块J8关闭。磁保持继电器触点J1、J2仍然闭合，稳压块W1(7805)的引脚3的电平由高变低，二极管D1截止，二极管D2导通，由后备电池供电；当恢复供电后，D1导通，D2截止，控制器由切换电路(D1、D2)自动切换到电源电路供电。
当某一户欠费时微处理器的RB1或RB4引脚输出为低电平，RB2或RB4引脚输出高电平，经光电耦合器IC3、IC4或IC5、IC6隔离放大后(IC3、IC4对应A户，IC5、IC6对应B户)，磁保持继电器(HF8509-1-009S)的线圈失电，使触点J1或J2断开(分别对应A和B户)，切断用户电源，实现欠费限电。
当IC卡购费后插入卡座中，微处理器读取IC卡中信息，将购费金额与欠费金额带符号相加，如值为正，则微处理器的RB1、RB4引脚输出为高电平，RB2、RB4引脚输出低电平，经光电耦合器IC3、IC4、IC5、IC6隔离放大后，磁保持继电器的线圈得电，使触点J1或J2闭合，从而恢复用户电力供应；如值为负，控制器仍保持限电工作状态。
后备电池选用ER14505锂亚硫酰氯电池，额定电压为3.6V，额定容量为1600mAh，标准放电电流为10mA，最大放电电流为200mA。在放电电流为25μA时可持续供电5-7年。
由切换电路将微处理器的供电电源由电源电路切换到后备电池后，仍能保证停电时对水、燃气的用量进行正常计数，此时关闭液晶显示模块，不再显示购费余额，以保证整个电路由后备电池供电时低功耗的要求。
为提醒用户及时缴费，当欠费时微处理器RC6引脚输出高电平，使放大器N1(9013)导通，蜂鸣器B3随之发出报警信号。
IC卡(ATMEL2401)通过IC卡卡座J6与微处理器之间双向传输数据，一方面将购费额及用户相关信息传入微处理器，另一方面微处理器又将数据存储器内的水、气、电计数信息及购费余额读入IC卡中。IC卡卡座为插入式印刷板插槽。用户通过物业管理部门的智能管理机读取IC卡中数据，即可对自家的水、气、电的用量分项查询，能源部门也可以以此作为收费的依据。
以A户耗水量为例，设每个脉冲当量对应0.1吨水，每消耗1吨水的单价为一元钱，于是当微处理器IC2的RC2引脚由高电平向低电平变化一次，则当量数加1，当当量数值为10时，从A户的购费额中减去1元钱，耗气、耗电量的检测和计数方法与其相同。
为延长控制器的工作寿命以提高可靠性，本控制器采用微功耗设计首先，微处理器采用空闲工作模式，当供电电压为3.6V，振荡频率32KHZ时，其典型工作电流值小于15μA。设计中使控制器只有在来计数脉冲时，才使CPU复位，在对数据进行采集、处理、显示、存储后，立即转回空闲工作模式，这样，除在早、中、晚耗能高峰期外，微处理器多数时间处于空闲工作模式，保证了整个电路的微功耗要求；其次，前向通道设计中，采用舌簧管作为水表、燃气表的信号变送器，与霍尔元件相比大大降低了前向通道的功耗；再次，在后向通道，采用磁保持继电器，这样，除限电时送出脉冲控制指令外，基本不再需要耗能；另外，启用后备电池后，关闭液晶显示，也可进一步降低功耗。总之，由于在微处理器工作模式、前向通道、后向通道和人机通道等各方面采取了大量的低功耗措施，使整机工作电流在静态时典型值为25μA，而在动态时为450μA，在此功耗下，前面所述的后备电池在断电时可持续供电5～7年，满足市场的实际要求。
综上所述，该水、气、电三表一卡控制器由微处理器和外围接口电路组成，采用微功耗设计，外围接口电路包括前向通道、后向通道、人机通道、供电电源及内外数据交换单元。
所述前向通道由单相电子式电度表和加装了舌簧管的远传水表、远传燃气表组成的信号读取电路。
所述后向通道由光电耦合器、磁保持继电器、报警电路构成，实现欠费断电、报警功能。
所述人机通道由液晶显示模块构成，用于显示购费余额。
所述内外数据交换单元包括微处理器(包括内部80个单元RAM、2K ROM)、IC卡、IC卡卡座，可以通过IC卡与微处理器之间双向传递数据。
当水、气、电的单价变化时，智能管理机可通过管理卡对微处理器IC2内部存储水、气、电单价的相关单元进行修改。
本控制器配合上位机(智能管理机)使用，以IC卡为传递信息的媒介，能够实现预收费、制表、抄表、打印、报表等功能。
另外，由于本控制器采用结构化设计，当小区使用热水表或热表时，本系统可方便的扩充使之适用四表系统，而且可以根据需要扩充为多户一机的控制器产品。
权利要求1.一种水、气、电三表一卡控制器，其特征在于包括安装在水表和燃气表字轮上的磁钢及舌簧管、低通滤波电路、微处理器、液晶显示模块、IC卡及IC卡卡座、光耦、磁保持继电器、电源电路、后备电池、电源掉电检测及切换电路组成；用水、用气、用电时，单相电子式电度表直接输出的脉冲信号及由舌簧管输出的水、气脉冲信号经低通滤波器送至微处理器，微处理器分别对输入的水、电、气脉冲进行采集、计数，并将购费余额通过液晶显示模块显示出来；欠费时，微处理器发出控制命令经光耦隔离放大后传至磁保持继电器，断开用户电源；停电时，电源掉电检测电路检测掉电信息，由切换电路切换到后备电池为控制器供电，微处理器处于空闲工作模式，液晶显示器关闭；IC卡通过卡座与微处理器进行双向数据传输。
2.如权利要求1所述的一种水、气、电三表一卡控制器，其特征在于，所述的微处理器为PIC16C57A型处理器。
3.如权利要求1或2所述的一种水、气、电三表一卡控制器，其特征在于所述的后备电池为ER14505锂亚硫酰氯电池，额定电压为3.6V。
4.如权利要求1或2所述的水、气、电三表一卡控制器，其特征在于还包括有由放大器、蜂鸣器组成的报警电路。
5.如权利要求3所述的水、气、电三表一卡控制器，其特征在于还包括有由放大器、蜂鸣器组成的报警电路。
专利摘要本实用新型涉及一种自动控制器,特别是涉及一种水、气、电三表一卡的自动计费、欠费限电控制器。它由安装在水表和燃气表字轮上的磁钢及舌簧管、低通滤波电路、微处理器、液晶显示模块、IC卡及IC卡卡座、光耦、磁保持继电器、电源电路、后备电池、电源掉电检测及切换电路组成。本控制器不但实现了用户水、气、电三表一卡及欠费限电功能,而且具有低功耗、集成度高、成本低等特点。
文档编号G07F15/00GK2421622SQ00233108
公开日2001年2月28日 申请日期2000年5月7日 优先权日2000年5月7日
发明者尤文, 林志琦, 韩顺杰 申请人:吉林工学院, 吉林省长春拓普高技术发展公司