专利名称：智能ic卡煤气表自动测控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤气表自动计量计费和用气控制装置。
为了改变人工入户查煤气表收费的状况，已有不少新的煤气表问世。但已有的可自动抄收煤气用量的装置，在煤气计量信号变换方式，供电方式，抗干扰能力，性能价格比等方面，都存在不少缺陷。
本实用新型的目的，是提供一种能自动准确计量计费，自动判断余量，提示报警，自动发出供气、断气控制信号，自我诊断，并能与所有煤气表配套的使用干电池的IC卡煤气表自动测控装置。
以下结合附图，对本实用新型作详细说明。
图1是本实用新型的结构框图；图2是煤气表计量信号变送器(15)的结构图；图3是脉冲源电路，信号接收电路原理图；图4是单片机电源控制电路图；图5是单片机主电路原理图；图6是采用电机阀的电控阀驱动电路图。
本实用新型的结构见附图1单片机(5)作为整个电路系统的控制中心，煤气表进气口(1)接电控阀(2)，再接电控阀驱动电路(3)，再接至单片机(5)；煤气计量信号变送器(15)接脉冲源电路(4)，再接至信号接收电路(11)，再接至单片机(5)；IC卡(14)插入IC卡插卡检测电路(13)，再接IC卡读写控制电路(12)，再接入单片机(5)；数据存贮电路(6)接入单片机(5)；声光示警电路(7)接入单片机(5)；电池电压检测电路(8)一端接入单片机(5)，另一端接单片机供电控制电路(10)；电源保护检测电路(9)一端接入单片机(5)；另一端接单片机供电控制电路(10)；IC卡插卡检测电路(13)、信号接收电路(11)都与单片机供电控制电路(10)连接。
附图3是本实用新型的脉冲源电路及信号接收电路。
脉冲源电路(4)用于产生周期为15～30ms，空度比近于1000的连续的窄脉冲信号，并驱动红外发光管(17)发出红外光，其电路是电阻(R1)与二极管(D1)并联，一端接D触发器(IC1)的Q端，另一端与电容(C1)相连，并接在R端；电阻(R2)与二极管(D2)并联，一端接(IC1)的Q端，另一端与电容(C2)相连，并连接在S端上，D端以及电容(C1)、(C2)的另一端均接地。D触发器(IC1)的Q端与反相器(IC2～4)相连，(IC2～4)的输出端与三极管(T1)的基极电阻(R3)相连，三极管(T1)的集电极电阻(R4)通过一导线与煤气计量信号变送器(15)中的红外发光管(17)的负极相连。
计量信号接收电路(11)用于接收红外发光管(17)发出的脉冲光，经整形后传送给单片机(5)进行脉冲计数处理，其电路是接地电阻(R5)的另一端通过一根导线与煤气计量信号变送器(15)中的红外接收管(19)相连同时与耦合电容(C3)相连，电容(C3)的另一端直接与三极管(T2)的基极相连，下拉电阻(R6)连接基极，三极管(T2)的集电极电阻是(R7)，三极管(T2)集电极同时与反相器(IC2～5)相连，反相器(IC2～5)的输出端和与门(IC3～2)的输入端相连；与门(IC3～2)的另一个输入端与脉冲源电路(4)中的反相器(IC2～4)的输出端相连。
附图2是煤气计量信号变送器(15)的结构图，煤气计量信号变送器(15)安装在煤气表机械字轮式计数器(22)内，用于将煤气表机械转动的计量信号转变成红外光脉冲信号。其结构是带有透光口的信号变换齿轮(18)与机械字轮式计数器(22)内的一个计量齿轮啮合，信号变换轮(18)固定在轴(16)上并可随之转动；红外发光管(17)和接收管(19)安装在变换轮(18)的两侧，水平方向相对，且都固定在信号变送电路板(21)上，信号变送电路板(21)固定在计数器(22)上。信号变送电路板(21)有四根引出导线一根接发光管(17)正极的电源线，一根接发光管(17)负信号线，另外二根分别接在接收管(19)二端。工作时，当变换轮(18)在与之啮合的计量轮的带动下，每转动一周，变换轮(18)上面的透光口经过红外发光管(17)和接收管(19)中间一次。
为了充分降低功耗，本实用新型设计了单片机电源控制电路(10)，通过该电路(10)可以在需要单片机(5)工作时，立即接通电源，在不需要电源时，单片机(5)发出控制信号，切断电源。
单片机控制电路(10)，IC卡插卡检测电路(13)，电源保护检测电路(9)，以及电池电压检测电路(8)的电路见附图4。
单片机电源控制电路(10)的信号输入部分为一个四输入端与门(IC3～1)，该与门输出端和与门(IC4)的一个输入端相连，与门(IC4)的输出端和三极管(T3)的基极电阻(R11)相连，与门(IC4)的另一个输入端与反相器(IC2～3)的输出端相连，反相器(IC2～3)的输入端与单片机(IC5)的P3.4口相连，电阻(R12)为连接P3.4口的下拉电阻，三极管(T3)的发射极与电源(VCC)相连，三极管(T3)的集电极与单片机(IC5)的电源端(VDD)相连。
IC卡插卡检测电路(13)由电阻(R8)、(R9)和常闭型开关(K1)组成。电阻(R8)一端连接电源(VCC)，另一端连接开关(K1)，开关(K1)的另一端与接地电阻(R9)相连，同时连接与门(IC3～1)的一个输入端，当无卡插入时，因开关(K1)闭合，电阻(R9)＞＞(R8)所以与门(IC3～1)的相连输入端为高电平，当有卡插入时，开关(K1)断开，与门(IC3～1)的相连输入端经电阻接地，此时为低电平，可接通单片机(IC5)电源。
电源保护检测电路(9)由电阻(R10)和开关(K2)组成，电阻(R10)一端接电源(VCC)，另一端接开关(K2)，同时和与门(IC3～1)的一个输入端相连，开关(K2)另一端接地，当电池安装到位时，开关(K2)分离，使与门(IC3～1)的输入端为高电平；当电池没到位时，开关(K2)闭合，使与门(IC3～1)的相连输入端为低电平，从而接通单片机(IC5)电源。
电池电压检测电路(8)主要由微功耗三端口电压比较器(IC7)和二极管(D5)构成，比较器(IC7)的电源端经降压二极管(D5)与电源(VCC)相连，比较器(IC7)的输出端直接和与门(IC3～1)的一个输入端相连，同时，比较器(IC7)的输出端与反相器(IC2～1)的输入端相连，反相器(IC2～1)的输出端经电阻(R13)与单片机(IC5)的P1.3口相连，电容(C4)为连接单片机P1.3口和电阻(R13)的积分电容，当电源(VCC)电压低于保护值时，比较器(IC7)输出低电平，因此与门(IC3～1)与之相连的输入端为低电平，接通单片机(IC5)电源，比较器(IC7)的输出信号还经反相器(IC2～1)和电阻(R13)、电容(C4)组成的积分电路传送给单片机(IC5)的P1.3口用于信号判断处理。
四输入与门(IC3～1)的第四个输入端与计量信号接收电路(11)的输出端相连，当与门(IC3～1)与之相连的输入端为低电平时，单片机(IC5)被接通电源工作。
本实用新型的IC卡读写控制电路(12)见附图5，主要由IC卡插座，上拉和限流电阻组成IC卡插座的电源端通过电阻(R38)与单片机(IC5)的电源端(VCC)相连，IC卡座的时钟信号线通过限流电阻(R23)与单片机(IC5)的P3.6口相连；IC卡座的数据信号线通过限流电阻(R24)与单片机(IC5)的P3.7口相连，单片机(IC5)的P3.6口连接有上拉电阻(R21)，单片机(IC5)的P3.7口连接上拉电阻(R22)。
内部数据存贮电路(6)主要由一个EEPROM存贮芯片(IC6)和相关电阻组成，用于长期存放购气量及用气情况等数据信息，存贮芯片(IC6)的时钟信号线通过限流电阻(R17)与单片机(IC5)的P3.0口相连，芯片(IC6)的数据信号线通过限流电阻(R13)与单片机(IC5)的P3.1口相连，单片机(IC5)的P3.0口连接有上拉电阻(R19)；P3.1口连接有上拉电阻(R20)。
声光示警电路(7)是由LED显示器(24)串联电阻(R25)与单片机(IC5)的P2.5口相连，当单片机(IC5)口为低电平时，LED显示器(24)发光；蜂鸣器(23)通过串联电阻(R20)与单片机(IC5)的P2.4口相连，当P2.4口为低电平时，蜂鸣器(23)发声。
本实用新型的电控阀驱动电路(3)有二种形式采用电磁阀时，单片机(IC5)的P2.6，P2.7二根口线控制开阀和关阀。单片机(IC5)的P2.5口与三极管(T5)基极电阻(R28)相连，电阻(R29)为连接基极的下拉电阻；三级管(T5)的集电极与电磁阀的开阀驱动线圈(L1)相连；二极管(D3)与线圈(L1)并联，当单片机(IC5)的P2.6口为高电平时，三极管(T5)饱和导通，使线圈(L1)产生拉力，打开电控阀供气，单片机(IC5)的P2.7口与三极管(T6)基极电阻(R30)相连，电阻(R31)为连接基极的下拉电阻，三极管(T6)的集电极与电磁阀的关阀驱动线圈(L2)相连，二极管(D4)与线圈(L2)并联，当单片机(IC5)的P2.7口为高电平时，三极管(T6)饱和导通，使线圈(L2)产生推力，关闭电控阀气。
采用电机阀时，电路如图6所示，单片机(IC5)的P2.6口与反相器(IC2～2)输入端相连，并接有下拉电阻(R36)，反相器(IC2～2)的输出端与三极管(T7)的基极电阻(R32)相连，单片机(IC5)的P2.7口与反相器(IC2～6)输入端相连，并接有下拉电阻(R37)，反相器(IC2～6)的输出端与三极管(T8)的基极电阻(R33)相连，三极管(T7)和(T8)发射极均与电池电源(VEE)相连，三极管(T7)和(T8)的集电极分别与(T9)和(T10)的集电极相连，(T9)和(T10)的发射极均接地，(T9)基极通过电阻(R35)与(T8)集电极相连，(T10)基极通过电阻(R34)与三极管(T7)的集电极相连，电机阀的二根导线分别与三极管(T7)的集电极和(T8)的集电极相连，当单片机(IC5)的P2.6口为低电平，P2.7口为高电平时，三极管(T8)和(T9)导通，(T7)和(T10)截止，电流从(D2)流向(D1)，电控阀关断气源。当单片机(IC5)的P2.6口为高电平，P2.7口为低电平时，三极管(T7)和(T10)导通，(Ta)和(T9)截止，电流从(D1)流向(D2)，电控阀打开供气。
使用时，用户首先持IC卡(14)到煤气公司购买所需数量的煤气，煤气公司操作人员用计算机售气终端将用户的卡号及本次购气量等信息以密码形式写入IC卡(14)内，用户持卡回到住所，将IC卡(14)插入IC卡座内，IC卡插卡检测电路(13)即输出低电平信号，控制单片机(IC5)的供电控制电路(10)。接通单片机(5)的电源，于是单片机(5)即通过IC卡读写控制电路(12)对IC卡(14)进行读写操作，把卡内存贮的购气量等数据解密后存入数据存贮器中，用户用气时，每用一定数量，信号接收电路(11)便会接收到煤气计量信号变送器(15)传送的计量信号，该信号一方面使控制电路(10)接通单片机(5)等主电路电源，另一方面传送至单片机(5)计数端，单片机(5)便会从目前总的可用气量中扣除已用的气量，并进行余量判断。当发现余量低于提示值时，单片机(5)会控制声响装置发声以提示用户持卡再去煤气公司购气。当剩余气量为零时，单片机(5)会通过电控阀驱动电路(3)控制关断供气通路，直到有新购气的IC卡(14)插入卡插座，并将新购气量存入数据存贮器后，供气通道才会被打开。此外，当通过电源保护检测电路(9)检测到电池盒被拉出，或通过电池电压检测电路(8)检测到电池电压过低时，单片机(5)电源会通过供电控制电路(10)被迅速接通，并由单片机(5)发出关阀信号，当单片机(5)处理完毕后会发出控制信号，通过供电控制电路(10)切断自身电源，以实现最低功耗。
本实用新型的优点是1.采用符合ISO7816国际标准的IC卡做为煤气计量和控制信息的载体，具有计量计费，自动供气，断气，自动提示报警，自动记录用户用气状况，自我诊断电路工作状况，电池电压检测，电源保护以及防伪加密等智能化功能。
2.关键的煤气计量信号转换方式准确可靠由于对煤气计量信号采用了红外脉冲光的方式进行变换，使得这种变换具有结构简单，可抗电磁，杂光等干扰，变换无触点，本质安全。
3.低功耗，本实用新型可自动接通单片机等主电源，也可自我切断电源以使功耗降至最低。只需普通干电池供电即可长期工作，既经济又安全。
4.结构简单，成本低，可与不同厂家生产的常规煤气表配套。生产、安装及维护都很方便。
总之，本实用新型具有优良的性能价格比，适于大批量推广应用。
1、煤气表进气口；2、电控阀；3、驱动电路；4、脉冲源电路；5、单片机(IC5)；6、数据存贮电路；7、声光示警电路；8、电池电压检测电路；9、电源保护检测电路；10、单片机供电控制电路；11、计量信号接收电路；12、IC卡读写控制电路；13、IC卡插卡检测电路；14、IC卡；15、煤气计量信号变送器；16、变换轮固定轴；17、红外发光管；18、计量信号变换轮；19、红外接收管；20、信号变送器信号线；21、计量信号变送电路板；22、机械字轮式计数器；23、蜂呜器；24、LED显示器。D1～D5、二极管；R1～R37、电阻；IC1、触发器；C1～C8、电容；T1～T10、三极管；IC2～1～IC2～6、反相器；IC7、比较器；IC3～1、IC3～2、IC4、与门；K1、K2、开关；IC6、存贮芯片；VCC、电源；VEE、电池电源。
权利要求1.一种智能IC卡煤气表自动测控装置，其特征是煤气表进气口(1)接电控阀(2)，再接电控阀驱动电路(3)，再接至单片机(5)；煤气计量信号变送器(15)接脉冲源电路(4)，再接至信号接收电路(11)，再接至单片机(5)；IC卡(14)插入IC卡插卡检测电路(13)，再接IC卡读写控制电路(12)，再接入单片机(5)；数据存贮电路(6)接入单片机(5)；声光示警电路(7)接入单片机(5)；电池电压检测电路(8)一端接入单片机(5)，另一端接单片机供电控制电路(10)；电源保护检测电路(9)一端接入单片机(5)；另一端接单片机供电控制电路(10)；IC卡插卡检测电路(13)、信号接收电路(11)都与单片机供电控制电路(10)连接。
2.如权利要求1所述的煤气表自动测控装置，其特征是，所述脉冲电源电路(4)及信号接收电路(11)是a电阻(R1)与二极管(D1)并联，一端接D触发器(IC1)的Q端，另一端与电容(C1)相连，并接在R端；电阻(R2)与二极管(D2)并联，一端接(IC1)的Q端，另一端与电容(C2)相连，并连接在S端上，D端以及电容(C1)、(C2)的另一端均接地；D触发器(IC1)的Q端与反相器(IC2～4)相连，(IC2～4)的输出端与三极管(T1)的基极电阻(R3)相连，三极管(T1)的集电极电阻(R4)经导线与煤气计量信号变送器(15)中的红外发光管(17)的负极相连；b计量信号接收电路接地电阻(R5)的另一端经导线与煤气计量信号变送器(15)中的红外接收管(19)相连同时与耦合电容(C3)相连，电容(C3)的另一端直接与三极管(T2)的基极相连，下拉电阻(R6)连接基极，三极管(T2)的集电极电阻是(R7)，三极管(T2)集电极同时与反相器(IC2～5)相连，反相器(IC2～5)的输出端和与门(IC3～2)的输入端相连；与门(IC3～2)的另一个输入端与脉冲源电路(4)中的反相器(IC2～4)的输出端相连。
3.如权利要求1所述的煤气表自动测控装置，其特征是所述煤气计量信号变送器(15)是，带有透光口的信号变换齿轮(18)与机械字轮式计数器(22)内的一个计量齿轮啮合，信号变换轮(18)固定在轴(16)上并可随之转动；红外发光管(17)和接收管(19)安装在变换轮(18)的两侧，水平方向相对，且都固定在信号变送电路板(21)上，信号变送电路板(21)固定在计数器(22)上；信号变送电路板(21)有四根引出导线一根接发光管(17)正极的电源线，一根接发光管(17)负极的信号线，另外二根分别连接在接收管(19)的二端。
4.如权利要求1所述的煤气表自动测控装置，其特征是，所述单片机供电控制电路(10)、IC卡插卡检测电路(13)、电源保护检测电路(9)以及电池电压检测电路(8)是a单片机电源控制电路(10)的信号输入部分为一个四输入端与门(IC3～1)，该与门输出端和与门(IC4)的一个输入端相连，与门(IC4)的输出端和三极管(T3)的基极电阻(R11)相连，与门(IC4)的另一个输入端与反相器(IC2～3)的输出端相连，反相器(IC2～3)的输入端与单片机(IC5)的P3.4口相连，电阻(R12)为连接P3.4口的下拉电阻，三极管(T3)的发射极与电源(VCC)相连，三极管(T3)的集电极与单片机(IC5)的电源端(VDD)相连；bIC卡插卡检测电路(13)由电阻(R8)一端连接电源(VCC)，另一端连接开关(K1)，开关(K1)的另一端与接地电阻(R9)相连并接与门(IC3～1)的一个输入端；c电源保护检测路(9)由电阻(R10)和开关(K2)组成电阻(R10)一端接电源(VCC)，另一端接开关(K2)，并和与门(IC3～1)的一个输入端相连，开关(K2)另一端接地；d电池电压检测电路(8)由比较器(IC7)的电源端经二极管(D5)与电源(VCC)相连，比较器(IC7)的输出端和与门(IC3～1)的一个输入端相连，比较器(IC7)的输出端与反相器(IC2～1)的输入端相连，反相器(IC2～1)的输出端经电阻(R13)与单片机(IC5)的P1.3口相连，电容(C4)为连接单片机P1.3口和电阻(R13)的积分电容。
5.如权利要求1所述的煤气表自动测控装置，其特征是a所述IC卡读写控制电路(12)，由IC卡插座的电源端通过电阻(R38)与单片机(IC5)的电源端(VCC)相连，IC卡座的时钟信号线通过限流电阻(R23)与单片机(IC5)的P3.6口相连；IC卡座的数据信号线通过限流电阻(R24)与单片机(IC5)的P3.7口相连，单片机(IC5)的P3.6口连接有上拉电阻(R21)，单片机(IC5)的P3.7口连接上拉电阻(R23)；b内部数据存贮电路(6)主要由一个EEPROM存贮芯片(IC6)和相关电阻组成；c声光示警电路(7)是由LED显示器(24)串联电阻(R25)与单片机(IC5)的P2.5口相连，当单片机(IC5)口为低电平时，LED显示器(24)发光；蜂鸣器(23)通过串联电阻(R26)与单片机(IC5)的P2.4口相连；d电控阀驱动电路(3)采用电磁阀时单片机(IC5)的P2.5口与三极管(T5)基极电阻(R28)相连，电阻(R29)为连接基极的下拉电阻，三级管(T5)的集电极与电磁阀的开阀驱动线圈(L1)相连，二极管(D3)与线圈(L1)并联，当单片机(IC5)的P2.6口为高电平时，三极管(T5)饱和导通，使线圈(L1)产生拉力，打开电控阀供气，单片机(IC5)的P2.7口与三极管(T6)基极电阻(R30)相连，电阻(R31)为连接基极的下拉电阻，三极管(T8)的集电极与电磁阀的关阀驱动线圈(L2)相连，二极管(D4)与线圈(L2)并联；采用电机阀时单片机(IC5)的P2.5口与反相器(IC2～2)输入端相连，并接有下拉电阻(R35)，反相器(IC2～2)的输出端与三极管(T7)的基极电阻(R32)相连，单片机(IC5)的P2.7口与反相器(IC2～5)输入端相连，并接有下拉电阻(R37)，反相器(IC2～5)的输出端与三极管(T8)的基极电阻(R33)相连，三极管(T7)和(T8)发射极均与电池电源(VEE)相连，三极管(T7)和(T8)的集电极分别与(T9)和(T10)的集电极相连，(T9)和(T10)的发射极均接地，(T9)基极通过电阻(R35)与(T8)集电极相连，(T10)基极通过电阻(R34)与三极管(T7)的集电极相连，电机阀的二根导线分别与三极管(T7)的集电极和(T8)的集电极相连。
专利摘要本实用新型采用IC卡做为用户购气及煤气表测控信息的载体,依靠红外脉冲光传感电路实现对煤气表计量信号的精确变换。主要由脉冲源电路、信号接收电路、单片机电源控制电路、单片机、电控阀驱动电路、存贮电路等组成。具有自动计量计费,余量判断,用气控制,自我诊断及报警等功能。本实用新型可与所有煤气表配套,且结构简单,安全可靠,成本低,耗电少,适合大批量生产,有广阔的应用前景。
文档编号G07F15/00GK2290892SQ9723609
公开日1998年9月9日 申请日期1997年5月16日 优先权日1997年5月16日
发明者李锋, 伍先达, 方廷健, 张维琦, 盛曾慰, 王常波 申请人:中国科学院合肥智能机械研究所