专利名称：Ic卡管道燃气电控阀的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及管道燃气自动化管理领域，特别是一种用于对燃气用户实施预收费管理的IC卡管道燃气电控阀。
众所周知，目前“先用气后收费”这种滞后收费的模式所带来的资金周转慢、收费难的问题，已经制约着管道燃气的发展。只有采用先进的设备，实施“预收费再用气”的科学管理，才能推动管道燃气的发展。对此，中国专利“IC卡预售气管道煤气表”(CN2234636Y)、“管道煤气自动阀门式预收费装置”(CN2249926Y)等产品进行了尝试。可是，由于其存在压损大、内漏严重、耗电(6V直流电池仅用3-6个月)以及结构较复杂等缺陷，致使其无法得到推广应用。
本实用新型的目的是克服上述缺陷，提供一种性能可靠的IC卡管道燃气电控阀，其与膜式燃气表配套，自动对管道燃气进行预收费用气的管理。
本实用新型的目的是这样实现的其外壳内设有电机驱动的气阀和单片机控制电路。气阀设有阀体和阀杆；阀体是三通管，其横管端口有与之螺纹相连的阀盖；阀杆一端有与之固连的橡胶波纹管式阀芯，此阀芯位于阀体腔内，阀杆另一端是螺杆，此螺杆穿出阀盖与螺母相连而构成螺旋运动副，螺母与齿轮减速器中的末级齿轮即大齿轮固连。单片机控制电路包括单片机U1、复位定时器U2、存贮器U4、标准IC卡U5和开关气阀、IC卡读写、欠压、电池盒控制、传感器电路。
本实用新型的工作原理是在单片机控制电路作用下，直流微电机运转，电机通过齿轮减速器降低转速、增大扭矩，再由螺旋运动副将电机输出的回转运动转换为螺杆即阀杆的直线运动，此时阀芯上端面依靠弹力与阀盖端面紧密接触，其摩擦力远大于螺旋副运动时所需的摩擦力，使阀杆不会随同螺母的旋转一起转动，从而实现气阀的开启或关闭。
本实用新型的主要优点如下其一、设计合理，性能可靠。如压力损失＜50Pa，最大流量＜6m3/h。阀门整体密封性工作1000次后，5kPa气压条件下每小时泄漏量＜0.1升。阀门关闭密封性工作1000次后，2kPa气压条件下≤0.001m3/h。
其二、使用安全，具备《金卡工程安全体系结构及安全规范》所要求的抗攻击性能和迅速恢复功能，防爆等级标志为ibIICT3。
其三、计量准确，有利于保障用户及燃气管理部门双方的权益。
其四、有利于提高供气管理水平，可杜绝窃气现象，防止少交费或不交费，收费率达100％。装接方便，可与任何型号的家用燃气表串联配装使用，适用于焦炉煤气、水煤气、油制气、天燃气、液化石油气、沼气等各种气源。
其五、耗电省，电池使用时间1号锌锰电池＞600天，1号碱性电池使用期在二年以上，从而免除用户经常更换电池的麻烦，节省用户开支。
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型外壳结构示意图。
图2是本实用新型结构示意图。
图3是本实用新型气阀结构示意图。
图4是图2中驱动装置7结构示意图。
图5是本实用新型使用安装示意图。
图6是本实用新型单片机控制电路原理图。
本实用新型与膜式燃气表配套，构成管道燃气预收费装置，其外壳内设有电机驱动的气阀和单片机控制电路。
如图1、图2所示，本实用新型的结构是设有外壳1和底板6，二者以螺钉相连。外壳侧面安有拉门2，打开拉门，可将IC卡插入IC卡盒4内的IC卡插座上。底板6上，固定装有IC卡盒4、电路板5、电机驱动装置7、电池盒10以及包括阀体3在内的气阀。电池盒内装有三节1号电池9，盒体外装有微动开关8。电池盒设计成抽屉式，在外壳1和底板6上有供其定位和滑动的滑槽。抽出电池盒，可方便地更换电池。
如图3所示，气阀由阀体3和阀杆组成。阀体是三通管，其竖管(在图2，则为横管)端口有螺纹相连的阀盖13。阀杆下端有与之固连的橡胶波纹管式阀芯11，阀芯位于阀体腔内；阀杆上端是螺杆12，螺杆穿出阀盖中心孔后与螺母18相连而构成螺旋运动副。如图4所示，螺母18与齿轮减速器的末级齿轮即大齿轮17固连。
电机驱动装置7的结构如图4所示，包括直流微电机14和齿轮减速器，后者由互为啮合的小齿轮15、双联齿轮16和大齿轮17组成。电机轴与小齿轮相连。
本实用新型与管道燃气、膜式燃气表21的连接如图5所示外壳1的上接头外螺纹M30×2与进气管19相承接，下接头内螺纹PC2与膜式燃气表直杆20接头相连，装接极为方便，同时为改造老用户提供了方便。通过导线22，将位于膜式燃气表内的传感器与外壳1内的传感器电路相连。序号23是出气管。
本实用新型的单片机控制电路装在电路板5上，该电路如图6所示，包括方框1电源电路，方框2单片机U1，方框3指示灯电路，方框4开关气阀电路，方框5IC卡读写电路，方框6欠压电路，方框7传感器电路，方框8电池盒10控制电路，方框9标准IC卡U5和存贮器U4，方框10复位定时器U2。
电源电路中B1为3V锂电池，是U1的数据保持电池；B2为3节1号电池，是整机电路的工作电源；当用户更换B2时，B1可维持U1短期供电。B1正极、B2负极接地，B1负极经开关S2、D1负极接D2负极和U1脚20，B1正极经并联的电容C4、C11接D1负极。B2正极经R23、开关S1接D2正极和指示灯电路中的红、绿色发光二极管L1、L2的正极。
单片机U1可选用美国ATMEL公司的89C2051产品，或韩国LG公司的GMS97C2051产品，也可用其它公司的C2051产品。U1是整机的中心控制部件。
指示灯电路中L1、L2负极分别经R7、R6接U1脚9、11。当用户可用气量为0-3立方米时，L2亮即绿灯亮，反之不亮。当B2电池电压降到3.9±0.1V时，欠压电路使L1亮即红灯亮，气阀关闭，反之不亮。
开关气阀电路中三极管T1、T3的发射极经R21、C3接地，R21、C3串接点接L1正极和微动开关S3一端；T1、T3集电极分别接T2、T4发射极，C5、M1并联且其两端分别接T1、T3集电极，M1是直流微电机14；T2、T4集电极接地。T1、T4基极分别经R1、R4接U1脚2，控制气阀打开；T2、T3基极分别经R2、R3接U1脚3，控制气阀关闭。M1是打开、关闭气阀的动力源。
IC卡读写电路中P6是IC卡插座，它是标准IC卡U5与单片机U1交换信息的接口。供气公司可将用户购买的用气量填写在IC卡上，当用户回家将此卡插入IC卡插座后，即可将用户所购买的用气量输入单片机中，同时黄灯闪亮3次。然后用户抽出IC卡，将此卡单独保存好备用。P6脚1、3、4分别接U1脚16、18、19，P6脚5经R22、C10接地，P6脚6经开关S4接P6脚5，P6脚6又经R11、R20接存贮器U4脚1、2、3、4、7和地。U4脚5、6分别接U1脚17、18。R11、R20的串接点经6反相器U3中的U33脚6接U1脚15。R22、C10的串接点接D2正极、U4脚8。U4、U5均采用24C01A或X24C01等贴片集成块。
欠压电路可由3个二极管和4个电阻组成，即D3、D4、D5串接，并且D5负极经R16、R15、R13、R5接U1脚13和D3正极。R15、R16串接点接U1脚12，R13、R5串接点接D2正极。
传感器电路中，设有剪线传感器S5、气量采样传感器S6、防磁传感器S7，其一端并接于D5负极和U1脚16，另一端则分别经R8、R9、R10接U1脚6、7、8。S5在电路板5上用印刷铜线制成，S6、S7均可用灵敏干簧管制成。
电池盒10控制电路中，设有6反相器U3，其中U36、U35、U34串接后，其脚8接U1脚14，其脚13经微动开关S3接D2正极和经串接的C8、U31、U32、R12接T5的基极，T5集电极接U1脚3，T5发射极接地和R17、R18、C9，C9、R18另一端接C8，R17另一端接C8另一端。U3可采用CD4069或CD40106等集成块。S3是微动开关8，在抽开和关好电池盒时，S3处于两种不同的状态，通过电池盒10控制电路使U1采集到该信息作出相关处理，即在用户抽开电池盒时，S3接通一个2-3秒的微分电路将气阀关闭；同时，S3接通一个15-22秒的积分电路并将积分信号馈入U1，此信号作为用户上好电池、关好电池盒时U1自动开启气阀的依据。存贮器U4的作用是，作为U1将用户可用气量、买气次数等重要数据的存放处。U4可读、写10万次，数据保存期达100年，即使机内所有电源都无电时，此数据仍可保持10年以上。
复位定时器U2，其脚13经C7接U1脚1、R14，R14另一端接地，U2脚1经C6、R19接U2脚2，C6、R19串接点接U2脚3，U2脚4、5、6接D2正极，U2脚8、9、12接地。U2用来对休眠状态的U1进行复位唤醒，时间周期约7秒。唤醒的U1一般运行极短的时间后即进入休眠状态，达到节省电能和抵抗外界干扰的目的。
上述单片机控制电路中，各电路与U1的连接关系不受本实施例限制，即除U1脚1、4、5、10、12、13、20外，其它U1脚可随U1内的软件变换而改变。
下面简述一下本实用新型的工作过程当遇到电源电压低于设定值、更换电池、所购气量用尽和窃气等异常情况时，单片机控制电路都会发出关门指令，于是电机正转，驱动阀芯前行堵住燃气通道，使气阀关闭。此时，阀芯位于图3所示的虚线处。
当上述异常情况被排除后，单片机控制电路就会发出开门指令，于是电机反转，驱动阀芯后退，气阀被打开。
权利要求1.一种与膜式燃气表相连的IC卡管道燃气电控阀，其外壳内设有电机驱动的气阀和单片机控制电路，其特征是气阀设有阀体(3)和阀杆，阀体是三通管，其横管端口有螺纹相连的阀盖(13)，阀杆一端固连有橡胶波纹管式阀芯(11)，阀芯位于阀体腔内，阀杆另一端是螺杆(12)，螺杆穿出阀盖与螺母(18)相连而成螺旋运动副，螺母与齿轮减速器的末级齿轮即大齿轮(17)固连，单片机控制电路包括单片机U1、复位定时器U2、存贮器U4、标准IC卡U5和开关气阀、IC卡读写、欠压、电池盒(10)控制传感器电路。
2.根据权利要求1所述的电控阀，其特征是电池盒(10)控制、电路中，设有6反相器U3，其中U34脚8接U1脚14，U36脚13经微动开关S3接二极管D2正极，U32脚4经R12接三极管T5基极，T5集电极接U1脚3，T5发射极接地。
3.根据权利要求1或2所述的电控阀，其特征是电池盒(10)设计成抽屉式，在外壳(1)和底板(6)上有供其定位和滑动的滑槽，电池盒内装有3节1号电池。
4.根据权利要求1所述的电控阀，其特征是传感器电路中，剪线传感器S5、气量采样传感器S6、防磁传感器S7一端并接于U1脚16和D5负极，另一端则分别经R8、R9、R10接U1脚6、7、8，S5在电路板(5)上用印刷铜线制成，S5、S7均用灵敏干簧管制成。
5.根据权利要求1所述的电控阀，其特征是开关气阀电路中，三极管T1、T3的发射极经R21接发光二极管L1、L2的正极和微动开关S3一端，其集电极分别接T2、T4发射极，C5、直流微电机M1并联且其二端分别接T1、T3集电极，T2、T4集电极接地，T1、T4基极分别经R1、R4接U1脚2，T2、T3基极分别经R2、R3接U1脚3。
6.根据权利要求1所述的电控阀，其特征是欠压电路包括3个二极管和4个电阻，即D3、D4、D5串接，并且D5负极经R16、R15、R13、R5接U1脚13和D3正极，R15、R16串接点接U1脚12，R13、R5串接点接D2正极。
7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的电控阀，其特征是U1是89C2051或GMS97C2051单片计算机，U2采用CD4047集成块，U3采用CD4069或CD40106集成块，U4、U5均采用24C01A或X24C01贴片集成块。
专利摘要本实用新型是一种用于对燃气用户实施预收费管理的IC卡管道燃气电控阀,其设有电机驱动的气阀和单片机控制电路。气阀由阀体3和阀杆组成,阀体为三通管,其横管有阀盖13,阀杆上的阀芯11位于阀体腔内,阀杆的螺杆12穿出阀盖与螺母18构成螺旋副,螺母固定在减速器的末级齿轮上。单片机控制电路包括单片机、复位定时器、存贮器、标准IC卡和开关气阀、IC卡读写、传感器电路。本实用新型具有性能可靠、使用安全、防窃气和耗电省等优点。
文档编号G07F15/00GK2366903SQ9923754
公开日2000年3月1日 申请日期1999年4月21日 优先权日1999年4月21日
发明者方辉 申请人:方辉