专利名称：预付费智能卡燃气表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种家用燃气表，尤指一种应用于燃气计量、收费、管理的带智能卡的燃气表。
目前普遍使用的机械式家用燃气表只具有单一的计量功能，必须使用人工进行抄表和收费，需要大量人力、物力，为改变传统的手工抄表、收费的状况，人们已研制出自动预收费燃气表。它由机械式燃气计量装置和IC卡预付费控制装置组成，其中IC卡预付费控制装置包括单片计算机电路、燃气计量传感电路、燃气预购卡、燃气预购卡接口电路、燃气预购卡插座、机械式燃气计量装置、燃气预购卡到位检测电路及电磁阀驱动电路等。
使用时，用户到燃气供应部门购买一定的燃气量，写入燃气预购卡，再将卡插入自动计费表的插座上。上述的单片计算机电路通过燃气预购卡接口电路及燃气预购卡插座和煤气预购卡实现电气联接，单片计算机I/O端口的输入输出信号转换成煤气预购卡所需的读写控制信号与数据信号；而煤气计量传感电路用于将机械式煤气计量装置的机械信号转换成电脉冲信号，并传送到上述的单片计算机电路进行煤气计算。而电磁阀驱动电路在单片计算机电路的控制下，实现煤气电磁阀的开闭控制。
上述的自动预购煤气表虽然一定程度上解决手工抄表、收费的问题，但仍存在下述缺点其预付费控制装置的控制电路复杂，使用大量分立元件，可靠性差、故障率多，不适合大量生产、使用。其电源使用220V市电，存在不安全的隐患。使用的预付费媒体不是标准的IC卡，易仿制，保密性差，在执行机构上采用电磁阀，功耗大，产生的燃气压损也大。因此，这种预购煤气自动收费表，在安全性、可靠性方面也存在问题，其实用性差，难以推广。
本实用新型的目的是提供一种控制电路结构简单，安全、可靠的预付费智能卡燃气表，以实现燃气的自动计量、收费和管理，提高燃气管理的自动化水平，提高工作效率，节省大量人力、物力，从而克服现有技术的缺点。
为此，本实用新型采取如下技术方案一种预付费智能卡燃气表，包括机械式燃气计量装置和IC卡预付费控制装置，其特征在于所述的IC卡预付费控制装置由单片微处理器、智能IC卡、智能IC卡接口、计量传感器、固态存贮器、阀门控制机构、燃气阀、位置传感器组、电源电路、电源欠压检测电路、报警电路组成，所述的智能IC卡经智能IC卡接口与单片微处理器联接，所述的固态存贮器与单片微处理器双向联接，此单片微处理器的输出分别与所述的阀门控制机构和报警电路的输入相联，所述的计量传感器分别与机械式燃气装置和单片微处理器联接，阀门控制机构与燃气阀相联，此燃气阀经所述的位置传感器组接单片微处理器，电源电路向所有单元提供内部直流电源。
载有购气数据的智能IC卡，通过智能IC卡接口与单片微处理器之间双向传递数据，预购燃气量数据即可传入单片微处理器，单片微处理器又将固态存贮器中的数据传递给智能IC卡。单片微处理器对输入的数据进行处理后，根据存贮数据的情况，向阀门控制机构发出打开或关断阀门的动作指令。燃气阀在阀门控制机构的驱动下动作，其阀门的状态信号由位置传感器组传递给单片微处理器，单片微处理器根据位置传感器的反馈信号，准确地控制阀门控制机构，从而准确地打开或关断阀门。燃气流量由机械式燃气计量装置计量，其机械计量信号由计量传感器转换成电子计量脉冲，输入到单片微处理器进行计量数据处理，并存贮到固态存贮器中。当表中剩余燃气量达到告警值时，单片微处理器控制报警电路发出报警声音。当表内存贮的剩余燃气量为零时，单片微处理器即可控制关闭燃气阀，切断气路。上述的电源电路向各个单元提供内部直流电源，由此即可达到预收燃气费，准确计量燃气流量和气路控制功能。
本实用新型的IC卡预付费控制电路中的电路结构简单，性能好，其电路设计、参数的选择符合本质安全型防爆电路的要求，故安全可靠，具有创造性。此外，其燃气阀的内部结构为闭环式机电阀门控制系统，可实现准确、可靠的阀门控制。本实用新型不但彻底解决了传统的手工抄表、收费的落后状态，实现燃气的自动计量、收费和管理，而且可提高燃气管理的自动化水平，提高工作效率，节省人力、物力。其实用性强。
本实用新型较佳实施例结合附图详细说明如下
图1为本实用新型方框结构示意图。
图2为本实用新型计量传感器的电路原理图。
图3为本实用新型电源欠压检测电路的电路原理图。
图4为本实用新型电源电路的电路原理图。
图5为本实用新型阀门控制机构的电路原理图。
图6为本实用新型报警电路的电路原理图。
图7为本实用新型燃气阀的方框结构图。
图8为本实用新型燃气阀的整体结构示意图。
图9为燃气阀的俯视图。
智能IC卡(3)采用符合ISO 7816 1/2国际标准的具有加密存贮结构的IC卡。其存贮容量为1K比特，或2K比特，可以实现重复使用。
单片微处理器(2)是低电压、低功耗单片机，其工作方式在常态下处于睡眠状态，消耗极少的电能量，仅在插入智能IC卡(3)或计量传感器(5)时产生计量脉冲，或电源欠压检测电路(11)产生欠压信号时，才恢复激活状态，处理数据，处理完毕后，又恢复到睡眠状态，实现长期低功耗的控制。
智能IC卡接口(4)是符合ISO 7816 1/2国际标准的IC卡连接器，具有检测插卡到位的装置，该装置由封闭式微动开关构成，具有防油污、尘土的功效。智能IC卡接口(4)的电源供应是由单片微处理器控制的，可防止由于金属异物的插入而引起的短路故障。
固态存贮器(6)由E2PROM存贮器构成，其作用是在电源掉电情况下，对数据进行保护存贮。
上述的计量传感器中微动开关SW接电阻R1、电容C1的相联端，并与单片微处理器联接，此R1另一端接Vcc，C1另一端接地。
微动开关SW采用超小型微动开关，其作用是将机械动作引起的开关信号，经C1滤波后，输入到单片微处理器(2)。
上述的电源欠压检测电路中的电压比较集成电路片IC1的8脚接单片微处理器的输入，IC的7、3脚分别接电阻R2的两端，IC1的4、5、6脚相联，其1、2脚接地，R2的一端接Vcc，另一端经电阻R3接地。
电压比较集成电路片IC1由R3分压的电源电压信号输入到IC1的3脚，产生的欠压信号由IC1的8脚输入单片微处理器(2)。
上述的电源电路中的直流电源E经熔断器FUSE分别接电容C2、C3的一端，C2、C3另一端相联。
FUSE采用快速熔断器，实现电路的短路保护。
上述的阀门控制机构中的光电耦合器IC2的2脚接所述的单片微处理器，4脚接晶体三极管BG1的基极，同时经电容C4接Vcc，5脚接所述的燃气阀(8)，1脚经电阻R4接Vcc，所述的BG1集电极经二极管D1接燃气阀(8)，其发射极接地。
单片微处理器(2)发出的控制信号，由光电耦合器IC2控制BG1的导通。当控制信号为低电平时，BG1打开，可驱动燃气阀动作。
上述的报警电路(12)由三极管BG2和蜂鸣器F组成，其中三极管BG2的基极接所述的单片微处理器，其集电极接电源Vcc，发射极接蜂鸣器F。单片微处理器(2)输出报警信号，经三极管BG2放大后输入蜂鸣器F，使其发出报警声响。
燃气阀(8)是一种新型的机电阀门。由直流微电机(13)、减速机构(14)、运动换向机构(15)、阀腔体(16)、阻尼制动机构(17)组成，它们与表体内其他部分形成图6所示的控制关系。其中直流微电机与所述的阀门控制机构联接，此直流微电机经减速机构与运动换向机构相联，此运动换向机构(15)与阀腔体(16)联接，同时经所述的位置传感器组接单片微处理器(2)，而阻尼制动机构(17)又与运动换向机构(15)相联。
上述的减速机构(14)采用多级齿轮减速器，此多级齿轮减速器与上述的直流微电机(13)的输出轴联接；运动换向机构(15)由偏心轮(18)、推杆(20)和复位弹簧(21)组成，推杆(20)位于阀腔体(16)的一端固接有内阀盖(22)，内阀盖(22)上密贴有密闭垫(23)，而复位弹簧(21)套置于垂直固接在内阀盖(22)的柱体上；阻尼制动机构(17)是推杆阀盖推杆相反方向上设置的弹簧滑块机构，此弹簧滑块固接在与阀体相联的支架上。
单片微处理器(2)将动作信号传递给阀门控制机构(7)，阀门控制机构(7)驱动直流微电机(13)转动，转动力矩经减速机构(14)减速放大后，带动运动换向机构(15)转换成推杆平动，推动阀腔体(16)内阀门关闭或开启。位置传感器组(9)由两个微型开关(24)和单臂拨叉(19)构成，其中单臂拨叉(19)固接在偏心轮(18)上，两个微型开关(24)的导通和关闭分别输出指示阀门的打开或关闭的位置信息，并传递给单片微处理器(2)，单片微处理器(2)根据收到的信号，调整对阀门控制机构(7)的控制，形成由单片微处理器(2)、阀门控制机构(7)、燃气阀(8)、位置传感器组(9)构成的闭环燃气阀控制系统，实现准确、可靠的阀门控制。阻尼制动机构(17)是一阻尼滑块，用于增加运动换向机构(15)动作的平稳性。
直流微电机(13)外部采用全封闭外壳，实现与可燃气体的隔离。阀腔体(16)全部为封闭型设计，与电路控制部分完全隔离。
本实施例机械式燃气计量装置(1)采用隔膜式燃气计量表，其他元器件的型号、参数如下R1-R4的阻值分别为50KΩ、2MΩ、1.3MΩ、390Ω；C1-C4的电容值分别为0.1μF、220μF、0.1μF、100μF；光电耦合器IC2型号为TIL117；直流电源E采用高能量锂电池；BG1、BG2均为S8050三极管；D为IN4004二极管。
直流微电机(13)采用3V直流永磁电动机；减速机构(14)中采用200∶1多级齿轮减速器。
权利要求1.一种预付费智能卡燃气表，包括机械式燃气计量装置和IC卡预付费控制装置，其特征在于所述的IC卡预付费控制装置由单片微处理器、智能IC卡、智能IC卡接口、计量传感器、固态存贮器、阀门控制机构、燃气阀、位置传感器组、电源电路、电源欠压检测电路、报警电路组成，所述的智能IC卡经智能IC卡接口与单片微处理器联接，所述的固态存贮器与单片微处理器双向联接，此单片微处理器的输出分别与所述的阀门控制机构和报警电路的输入相联，所述的计量传感器分别与机械式燃气装置和单片微处理器联接，阀门控制机构与燃气阀相联，此燃气阀经所述的位置传感器组接单片微处理器，电源电路向所有单元提供内部直流电源。
2.根据权利要求1所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的智能IC卡是符合ISO 7816 1/2国际标准的具有加密存贮结构的IC卡。
3.根据权利要求1所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的智能IC卡接口是符合ISO 7816 1/2国际标准的IC卡连接器。
4.根据权利要求1所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的位置传感器组由两个微型开关和单臂拨叉组成，其中单臂拨叉固接在偏心轮上。
5.根据权利要求1所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的计量传感器中微动开关SW接电阻R1、电容C1的相联端，并与单片微处理器联接，此R1另一端接Vcc，C1另一端接地。
6.根据权利要求1所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的电源欠压检测电路中的电压比较集成电路片IC1的8脚接单片微处理器的输入，IC的7、3脚分别接电阻R2的两端，IC1的4、5、6脚相联，其1、2脚接地，R2的一端接Vcc，另一端经电阻R3接地。
7.根据权利要求1所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的电源电路中的直流电源E经熔断器FUSE分别接电容C2、C3的一端，C2、C3另一端相联。
8.根据权利要求1所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的阀门控制机构中的光电耦合器IC2的2脚接所述的单片微处理器，4脚接晶体三极管BG1的基极，同时经电容C4接Vcc，5脚接所述的燃气阀，1脚经电阻R4接Vcc，所述的BG1集电极经二极管D1接燃气阀，其发射极接地。
9.根据权利要求1所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的报警电路由三极管BG2和蜂鸣器F组成，其中三极管BG2的基极接所述的单片微处理器，其集电极接电源Vcc，发射极接蜂鸣器F。
10.根据权利要求1所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的燃气阀是一种机电阀门，它由直流微电机、减速机构、运动换向机构、阀腔体、阻尼制动机构组成，其中直流微电机与所述的阀门控制机构联接，此直流微电机经减速机构与运动换向机构相联，此运动换向机构与阀腔体联接，同时经所述的位置传感器组接单片微处理器，而阻尼制动机构又与运动换向机构相联。
11.根据权利要求10所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的减速机构采用多级齿轮减速器，此多级齿轮减速器与所述的直流微电机输出轴联接。
12.根据权利要求10所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的运动换向机构由偏心轮、推杆和复位弹簧组成，推杆位于阀腔体的一端固接有内阀盖，内阀盖上密贴有密闭垫，而复位弹簧套置于垂直固接在内阀盖的柱体上。
13.根据权利要求10所述的预付费智能卡燃气表，其特征在于所述的组尼制动系统是推杆阀盖推杆相反方向上设置的弹簧滑块机构，此弹簧滑块固接在与阀体相联的支架上。
专利摘要一种预付费智能卡燃气表。包括机械式燃气计量装置和IC卡预付费控制装置,其控制装置中的IC卡经接口与微处理器相联,其间双向传递数据,此微处理器又分别与固态存贮器、阀门控制机构和报警电路联接,计量传感器又分别接机械式燃气装置和微处理器,上述阀门控制机构接燃气阀,电源电路向各单元提供电源。预购燃气量数据传入微处理器,燃气阀在阀门控制机构驱动下动作,可实现自动化管理,其控制电路结构简单,安全，可靠。
文档编号G07F15/06GK2275264SQ9620208
公开日1998年2月25日 申请日期1996年2月12日 优先权日1996年2月12日
发明者刘钧, 查亚珑, 丛跃进 申请人:天津市新区升电子工业有限责任公司