专利名称：燃气智能控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型是涉及管道燃气智能控制的一种装置，特别适用于现有民用皮膜式煤气表，通过智能卡(IC卡)预购一定数量的气数为信息载体，辅助煤气售气、收费管理的，属于与煤气表智能化配用部件领域。
目前，国内大多数城市，管道燃气普及率已经很高了，燃气的收费仍是“先用气，后抄表”的传统模式，各个城市的煤气、天然气公司都拥有一支为数不小的抄表队伍，此外人工抄表收费模式还存在许多弊端。为了解决这个问题，产生过多种辅助计费收费的装置，主要有早期的投币式计费煤气表，磁卡煤气计费表、楼栋单元集中抄表式计费表到最近采用电子卡式煤气计费表。中国专利94244840.5和94220265.1方案中虽然都采用预购电子卡，用电池供电，单片机控制，此外还有一定的防破坏，防窃气等功能。但仍然在以下几个缺点(1)对于阀门防煤气的腐蚀性能没有论述，(2)控制装置体积较大，不利于煤气表的安装，(3)采用电池仓，利用连动机构发信号，由电池供电关阀，给用户作弊带来可能性，(4)关于干电池在极限情况下(能量将用尽时)，系统的可靠性保证上，没有好的措施，(5)当干电池电压低于4.5V时，不能保证电子卡(IC卡)读写正确。
鉴于现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的就是提供一种安全、可靠尤其是能工作在恶劣的人工煤气气质，采用普通干电池，并且系统的可靠性不依赖于电池的状态。在各种异常情况下，电磁阀都能关阀，用声音提示用户可能出现的故障，一旦作一定调整，系统又能恢复正常工作，采用逻辑加密型I C卡做为信息载体，有DV-DV稳压供电电路，确保系统在2.7-5V范围内，准确读写卡内信号。
本实用新型燃气智能控制器的目的是通过下列结构及连接方式实现的智能控制器由阀体1、外壳2、双稳态电磁阀3、控制电路板4、卡座5、电池盒6和信号线路(7、8、9、10、11)组成，全部构件可直接安装在外壳2内构成一体，其进气口和出气口由控制器外壳的底面和顶面伸出，壳体的IC卡插入口和电池盒置于壳体的同一侧面；控制电路板包括中央处理器，数据采集电路，逻辑加密型IC卡供电电路，双稳态电磁阀开阀，关阀驱动电路，掉电、低电检测电路，掉电关阀电磁阀后备供电电路，剪断信号线识别电路，外界强磁场抗干扰检测电路，时钟振荡电路，IC卡读写电路等；1)中央处理器的振荡电路由32.768K的晶振结合反相触发器提供时钟信号，大大地降低了系统的整体功耗；2)逻辑加密型IC卡供电电路，是一个由D5、V11、L1、V12、V14、C7、R27、R23、R25、R26、R22、C9、C8、R78、R29、R30组成的DV--DV稳压电路，在系统工作电路在2.7--5.5V范围，其输出电压始终保持在5V±0.25V的范围内，确保了控制器对逻辑加密型IC卡内数据的正确读写操作；3)由D3、V1、R5、R6、R19、R20、R21组成的掉电、低电检测电路，检测供电电源的工作情况，当供电电源发生掉电低电时，掉电、低电检测电路产生中断信号，中央处理器发出相应的关阀电磁阀信号，确保系统安全；4)由
图1中三芯信号线7、磁钢8、干簧管9、电阻10组成的剪断信号线识别电路，本控制器燃气用量数据的采集是基于民用皮膜式煤气表的走字机构12的，有一段信号线7暴露在壳体外，并有金属软管保护，当信号线被人为地剪断或破坏时，发出相应的中断信号，中央处理器发出关阀命令，并设置被剪切标识，剪断信号线后，用户不能再用气，此故障需专业人员修复；5)由V3、V4、V5、R7、R8、R9、R10、R11组成的开阀电路工作使电磁阀开阀，同时将数据存入D4保存，D1的2脚发出低电平脉冲信号。通过D1的17脚发出示警信号，通过蜂鸣器G2发出正确的提示，提醒用户拔出IC卡。双稳态电磁阀开阀、关阀驱动电路，只有在改变电磁阀开、关状态时才工作，平时处于静态不耗电状态；6)由图1中三芯信号线7、磁钢8、干簧管9、抗干扰干簧管11组成的外界强磁场干扰检测电路，当外界磁场干扰到控制器的正常计数采集时，即吸合抗干扰干簧管11时，该电路启动产生中断信号，系统中止煤气供应，直到场强撤去恢复正常工作；7)由V9、V15、C3、R2、C6、R4、C2组成向D1、D2供电电路，由V10，C4组成关阀隔离电路，当电源故障或忽然掉电时，该后备供电电路提供足够的能源，控制器能够可靠地关闭电磁阀，直到电源重新正常后，控制器再次恢复正常工作；全部构件以阀体为支撑连成一体，可以安装在家用煤气表的进气口或出气口上使用，也可在煤气管道的其它位置与煤气表分离安装使用；阀体的进气口与出气口同轴，便于在煤气表上安装，阀门闭合面垂直安放，燃气中尘粒可沉降，开、关阀可靠。阀体与双稳态电磁阀的连接界面用皮碗及密封脂密封。
以下结合附图及实施例，对本实用新型原理作进一步说明。
图1为本实用新型燃气智能控制器的结构示意图和传感器安装在煤气表内的结构示意图。
图2为本实用新型燃气智能控制器的电路原理图。
图3为本实用新型燃气智能控制器的电路图。
本系统由以单片机89C2051(D1)为核心而组成。外围电路由(D2，D3，D4，D5，R1，R2……，R30，C1，C2，……，C10，V1，V2，……，V17及插座S1，X1组成。
本装置的工作原理是插入有效的IC卡到控制器上，自动读取卡中的气量，并保持在存储器中，然后清除卡上气量。这时，打开双稳态电磁阀，即可正常用气，在用气过程中，安装在走字机构上的计数器，自动记录用气量(每用0.01方气，就发一次脉冲信号)，采集电路每检测到一个脉冲信号，就向CPU发一次中断，控制器进行累加，当用到一方气量时，就把存储器中的数值减一，当这一数值小于一定值后，控制器就会发出报警信号，提示用户尽快购气，以后，每来一次传感信号，就发一次报警，直至用完气量关阀，重新持卡购气，便可再次使用了。
具体地说是当逻辑加密型IC卡插入插座X1时，卡到位检测开关X1的9脚、10脚断开，D2的13脚产生高电平，经反相器到D2的12脚为低，同时使三极管V2导通和向单片机D1产生中断信号；V2导通使由D5、V11、L1、V12、V14、C7、R27、R23、R25、R26、R22、C9、C8、R28、R29、R30组成的IC卡供电电路工作，在X1的1脚上产生+5V电源电压向IC卡供电；单片机D1接收中断后，通过X1及2、3、4、7、8脚向IC卡发出一系列识别信息，同时读回IC卡内信息，当识别正确后，从IC卡内读出所存的煤气数。以上过程正确时，使由V3、V4、V5、R7、R8、R9、R10、R11组成的开阀电路工作使电磁阀开阀，同时将数据存入D4保存，D1的2脚发出低电平脉冲信号。通过D1的17脚发出示警信号，通过蜂鸣器G2发出正确的提示，提醒用户拔出IC卡。
当用户用煤气时，由计数用的干簧管产生计数脉冲信号经R3到D1的8脚，D1计煤气方数，并与D4内所存数据比较，当D4内数据为零时，D1的3脚发出低电平，控制由V6、V7、V8、R12、R13、R14、R15、R16组成的关阀电路关阀，并由G2发出警示声。
由D3、V1、R5、R6、R19、R20、R21组成的掉电、低电检测电路，当电源低电或掉电时，由D3的8脚输出低电平信号经D2到D1的6脚产生中断信号，D1检测到此中断信号后立即从3脚发出低电平信号，使关阀电路关阀，同时从G2发出长鸣声，提醒低电。
D1时钟振荡电路由G1、R1和D2的1脚。2脚组成。为D1的正常工作提供时钟信号。
R3和D1的12脚、13脚组成剪断信号线识别电路。当信号线被剪断时，R3电阻上无电流通过，经D1的12脚、13脚组成的比较器马上能识别出，并从内部向D1发出中断，同时控制关阀电路关阀。
当外部有强磁场干扰时，外部干簧管闭合使D3的3脚为低电平，通过掉电、低电检测电路向D1的6脚发出中断，使电磁阀关阀。
V9、V15、C3、R2、C6、R4、C2组成向D1、D2供电电路，C1为D1复位电容。
V10、C4组成关阀隔离电路，大电容C4提供后备电源，当电源掉电时用。
本实用新型提供的方案是采用三节干电池作为供电能源，系统功耗极低，平时处于静态睡眠状态，用电量仅几十微安。只有在用气传感器发出脉冲瞬间和插卡读写信号时，需耗几毫安到几十毫安电能。执行机构——双稳态双向电磁阀也只有在几种情况下发生状态切换时，需耗电能，虽然电流可达0.3-0.6安，但动作时间却是毫秒级。因此，一组新的三节五号国产碱性干电池使用时间实测可超过10个月，达一年左右，达到降低用户使用成本的目的。
本实用新型采用双稳态燃气电磁阀作为管道燃气通断的执行阀，并充分考虑了与阀体的配合，有较强的抗煤气腐蚀和杂质的能力，并且电磁阀与阀体、阀体与煤气表的接口界面都有完善的密封措施。电磁阀与阀体的连接界面用皮碗及密封脂密封。
本实用新型采用的逻辑加密型IC卡供电电路，掉电、低电检测电路，双稳态电磁阀开阀、关阀驱动电路及掉电关阀后备供电电路，使得系统与电池的性能无关性。即当电池电能在正常范围内，系统正常地动作，当电池电能异常时，系统保证关闭阀门，并发出故障报警提示，直至更换电池，系统即可重新恢复工作。电池低电、断电或短路，均不会对系统照成损坏。
本实用新型采用了剪断信号线识别电路，当有的个别用户恶意破坏控制器上的信息线时，控制器能够识别检测到，并立即关闭电磁阀，且不可恢复，必须由煤气公司的专业人员修复，按照有关规定作相应处理。
本实用新型采用了逻辑加密型IC卡作为信息载体，利用其自身的密码体系和煤气公司售气管理系统相结合，实现行业专卡专用。IC卡内的信息只能由煤气公司的专用读写卡设备操作，其他组织或个人均不能非法进行读写操作，保障了整个售气管理体系的安全。
本实用新型具有结合用户使用过程中的几种典型情况，利用声响装置提示用户各种可能的状态和需要作的相应处理。
本实用新型在软件设计上，充分运用了事件驱动的方法，程序模块化，通用性强。
本实用新型采用了一定的防外界强磁场干扰检测电路，当控制器外界有强磁场靠近时，自动检测到并切断气路，直至磁场撤走后，系统又可恢复正常。
本装置具有安全、严密、动作准确、可靠以及抗干扰、防作弊等优点，本发明装置可以直接安装在家用煤气表的进气口或出气口上使用，也可以直接装在煤气管道的其它位置与煤气表分离使用。特别适用于管道燃气公司售气管理现代化及步入计算机管理平台。
1——阀体；2——控制器外壳；3——双稳态电磁阀；4——控制电路板；5——卡座；6——电池盒；7——信号线；8——磁钢；9——干簧管；10——电阻；11——抗干拢干簧管。
权利要求1.一种燃气智能控制器，由阀体1、外壳2、控制电路板4、卡座5、电池盒6和信号线路(7)、(8)、(9)、(10)、(11)构成，其特征是双稳态电磁阀3装在燃气进气口与燃气出气口之间通管的阀体(1)上，控制电路中主要有中央处理器(1)，与中央处理器(1)连接能输入信号数据的数据采集电路(10)、剪断信号线识别电路(11)、外界强磁场抗干扰检测电路(13)、掉电、低电检测电路(5)和供电电源(12)；与中央处理器(1)连接能提供时钟的时钟振荡电路(2)；与中央处理器(1)连接能相互交流信号数据的IC卡读写电路(3)，在IC卡读写电路(3)上还可接逻辑加密型IC卡供电电路(4)能接收中央处理器(1)输出信号的关阀执行控制电路(7)和报警电路(9)，及能接收关阀执行控制电路(7)和报警电路(9)控制信号的双稳态电磁阀3，在关阀执行控制电路(7)上还接有掉电关阀电磁阀的后备供电电路(6)。
2.根据权利要求1所述的燃气智能控制器，其特征在于1)中央处理器的振荡电路由32.768K的晶振结合反相触发器提供时钟信号，大大地降低了系统的整体功耗。2)逻辑加密型IC卡供电电路，是一个由D5、V11、L1、V12、V14、C7、R27、R23、R25、R26、R22、C9、C8、R28、R29、R30组成的DV--DV稳压电路，在系统工作电路在2.7-5.5V范围，其输出电压始终保持在5V+0.25V的范围内，确保了控制器对逻辑加密型IC卡内数据的正确读写操作。3)由D3、V1、R5、R6、R19、R20、R21组成的掉电、低电检测电路，检测供电电源的工作情况，当供电电源发生掉电低电时，掉电、低电检测电路产生中断信号，中央处理器发出相应的关阀电磁阀信号，确保系统安全。4)由三芯信号线7、磁钢8、干簧管9、电阻10组成的剪断信号线识别电路，本控制器燃气用量数据的采集是基于民用皮膜式煤气表的走字机构12的，有一段信号线7暴露在壳体外，并有金属软管保护，当信号线被人为地剪断或破坏时，发出相应的中断信号，中央处理器发出关阀命令，并设置被剪切标识，剪断信号线后，用户不能再用气，此故障需专业人员修复。5)由V3、V4、V5、R7、R8、R9、R10、R11组成的开阀电路工作使电磁阀开阀，同时将数据存入D4保存，D1的2脚发出低电平脉冲信号，通过D1的17脚发出示警信号，通过蜂鸣器G2发出正确的提示，提醒用户拔出IC卡，双稳态电磁阀开阀、关阀驱动电路，只有在改变电磁阀开、关状态时才工作，平时处于静态不耗电状态。6)由三芯信号线7、磁钢8、干簧管9、抗干扰干簧管11组成的外界强磁场干扰检测电路，当外界磁场干扰到控制器的正常计数采集时，即吸合抗干扰干簧管11时，该电路启动产生中断信号，系统中止煤气供应，直到场强撒去恢复正常工作；7)由V9、V15、C3、R2、C6、R4、C2组成向D1、D2供电电路，由V10，C4组成关阀隔离电路，当电源故障或忽然掉电时，该后备供电电路提供足够的能源，控制器能够可靠地关闭电磁阀，直到电源重新正常后，控制器再次恢复正常工作。
3.根据权利要求1或2所述的燃气智能控制器，其特征是壳体中的IC卡插入口和电池盒6置于壳体最好在同一侧面，全部配件可以直接安装在外壳2内构成一体，其进气口和出气口最好由从外壳1的底面和顶面伸出。
4.根据权利要求1或2所述的燃气智能控制器，其特征是阀体(1)的进气口与出气口同轴，便于在煤气表上安装，阀体1中阀门闭合面垂直安放，燃气中尘粒可沉降，阀体1与双稳态电磁阀3的连接界面用皮碗及密封脂密封。
专利摘要本实用新型是涉及管道燃气智能控制的一种装置,它特别适用于现有民用皮膜式煤气表上的控制器,它是通过智能卡(IC卡)预购一定数量的气数为信息载体,辅助煤气售气、收费管理的,属于与煤气表智能化配用部件领域。它主要由数据采集、计数、智能卡读写部分、中央控制部分、执行机构以及阀体和外壳等构成。本控制器具有安全、严密、动作准确、可靠以及抗干扰、防作弊等优点。适用于管道燃气公司售气管理现代化及步入计算机管理平台。
文档编号G01D4/00GK2286864SQ96221868
公开日1998年7月29日 申请日期1996年9月3日 优先权日1996年9月3日
发明者杨林茂, 任树凯, 蔡国基, 曹明成, 曹霞, 孙芸 申请人:杨林茂, 任树凯, 蔡国基