专利名称：水.电.气表网络智能计费收费管理控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自动控制装置，特别是涉及水、电、气的自动控制装置。
现有的水、电、气表计费、收费，大都采用分散的手工抄表、计费收费，需要大量的人力和时间，而且工作效率低，劳动强度大，一些单位和个人拖欠电费、水费和煤气费相当严重，影响了水、电、气公司的资金周转和经济利益。与此同时，水、电、气表出现故障时，不能及时报警和自动切断水、电、气，造成水、电、气的不正常供应，给用户带来不便，也有长时间直通供水、电、气，不经过计量、导致计费、收费发生误差，这种人工、手动、分散的原始计费收费管理方式，亟待采用先进科学的管理来改变。
本实用新型之目的旨在提供一种实现水、电、气三表的智能抄表、制表、收费一体化、自动化、IC卡输入、计数、操作、报警、显示、有良好的人机用户界面、功能齐全、智能化程度高的水、电、气表网络智能计费收费管理控制器。
本实用新型的技术解决方案是这种水、电、气表网络智能计费收费管理控制器包括有水、电、气表的光电传感器、光耦、整形电路、级联中断控制器、总线驱动电路、微处理器、IC卡、报警显示电路、ROM和RAM存贮器、键盘、显示器及键盘显示控制器、控制锁存器、继电器及电磁阀，水、电、气表工作时由光电传感器输出计数脉冲信号，脉冲信号经光耦耦合、整形电路整形之后送至级联中断控制器，级联中断控制器根据中断队列情况分别将中断信号送至微处理器，申请中断服务，键盘显示控制器控制数字键和功能键的键盘中断以及数码管显示器的显示内容，当微处理器接收到故障报警时，通过数据总线向相应的继电器发出控制信号，控制信号锁存在锁存器中，直到另一个控制信号到来，改变其锁存状态为止，ROM是程序存贮器，其中存贮着本系统的程序，微处理器通过总线从中读出指令，RAM为系统数据存贮器，各用户的水、电、气量信息以及有关的故障信息存贮其中，IC卡的读写操作和用户的故障报警显示通过微处理器的P1口来实现。
本控制器还与中心主控PC机进行通讯，其通讯是利用微处理器的串行通讯口RXD、TXD以及RS485标准接口。
本实用新型利用现有的水、电、气装置，实现三表的智能抄表，并通过电磁阀进行定量控制，用户用IC卡将三表的基数送入本控制器，进行正常供给，当所购数量快用完时，向用户报警，提示插入新数量的IC卡，否则控制器工作启动，切断源路。当基表线路出现故障时，故障信号采集电路能自动采集到基表的故障信号并送入控制器。控制器根据故障信号的地址，启动相应的电磁阀，切断源路。单片机CPU与IC卡构成内外数据交换电路，单片机接译码器和数码显示器、键盘构成人机交互界面。本控制器应用广泛，除了自身单独工作外，还可接入通讯网络或专线、无线来实现远程抄表及控制，配合上位机软件，面向用户设计，有良好的人机用户界面，真正实现抄表、制表、收费一体化、自动化。本实用新型设计合理、功能齐全、工作可靠、智能化程度高、性能优良。
图1为本实用新型结构框图；图2为本实用新型电路原理图；图3为信号发生装置示意图。
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明参见图1、对照图2，图1中所述的水、电、气表为图2所示的SB、DB、QB，光耦为OPTO，整形电路为IC20，级联中断控制器以IC2、IC3、IC4、IC5为主构成，总线驱动电路以IC9、IC10为主构成，标准接口RS485是包括图2所示IC23的通讯电路，ROM、RAM存贮器以IC7、IC8、IC14为主构成，微处理器由IC1构成，键盘显示控制器以IC6、IC18、IC15、IC16为主构成，键盘为图示的K、B，显示及驱动电路则为IC17及数码管，控制锁存器以IC21主为构成，继电器为JDQ，电磁阀为DCF，故障报警电路由IC19及IC2为主构成。
参见图2，光电传感器(脉冲水表SB、电表DB、气表QB)工作时，产生的电压脉冲信号经过光耦OPTO(TIL193)和集成芯片IC20(40106)整形后连接到IC3(从片8259A)的中断输入端，向IC3发出中断请求，IC3接收到中断请求信号后再向IC2(主片8259A)发出中断请求，并将相应的中断入口地址送至数据总线。IC2(主片8259A)收到I C3的中断请求后，经IC12反向后再向IC1(CPU)发出中断请求。之所以采用这种主从8259A工作方式，是因为图2所示的单片机装置需要管理8户共24路中断输入信号，由一片主8259A和三片从8259A构成，图2中IC4、IC5为另外两片从片8259A。单片机IC1(CPU)收到中断请求后，根据8259A提供的中断地址，转入相应的中断服务子程序，单片机响应中断，给IC8(RAM)中相应的用户数据计数一次。一定数目的脉冲个数对应0.001吨的水量(对电表则为0.001度电量，对气表则为0.001单位体积的气量)，水量的吨位按十进制进位，本控制器设计的最大读数为9999.999。考虑到TTL门电路的负载驱动能力，在IC1(CPU)之后采用了两片总线驱动芯片IC9、IC10(74IS245)。IC11为总线驱动控制电路。IC13产生8259A所需的中断应答信号。控制器的键盘和显示由IC6(8279)、IC15(74LS154)、IC16(8708)、IC17(8708)构成的键盘显示系统管理和控制。键盘由16个键构成，0-9共10个数字键，另外还有刷卡、查讯、水量、气量、电量、退出共六个功能键。当用户在键盘上点击查讯键后，控制器在数码管上提示用户输入用户单元号，用户输入用户单元号后，控制器再提示用户输入密码，正确输入密码后，控制器提示用户输入要查询水量、电量还是气量。用户点击相应的功能键后，控制器显示用户的水(电、气)量余量。点击刷卡键时，控制器提示用户输入用户单元号，输入用户单元号后，控制器提示用户输入密码，正确输入密码后，控制器提示要增加水量还是电量或气量。点击相应的功能键后，控制器完成刷卡操作，并回写IC卡，将IC卡清零。以上操作过程的原理为用户点击某一键时，IC6(8279)的INT端产生中断申请信号，该申请信号通过IC18反相后，送至IC1，向CPU申请中断，CPU响应中断后，执行相应的键处理中断子程序，完成相应的操作。图2中的IC9(74LS154)作为端口译码芯片，为外围芯片IC2、IC3、IC4、IC5、IC6、IC7、IC8等提供端口地址。控制器的程序固化在IC7ROM芯片中，所有的水量、气量、电量及故障数据存放在IC8RAM芯片中。IC14是芯片IC7、IC8的地址锁存器，为IC7、IC8的寻址提供地址，IC智能卡(ICCARD)与控制器的数量交换通过CPU的PO口实现。主控微机(上位机)与控制器的信息交换通过芯片IC10(75176)，所交换的信息主要包括报警、水、电、气量和控制信号。信号交换过程见通讯说明部分。此外，当水表(SB)、电表(DB)、气表(QB)中的线路由于人为或故障导致信号读取装置无信号输出时，故障报警电路产生报警信号，通过IC19(74LS30)送到8259A主片的IR端，单片机响应中断后向固态继电器JDQ发出控制信号，启动相应的电磁阀(DCF)切断该表的水(气、电)源，并通过通信电缆通知中心主控机(PC)。IC21是固态继电器FDQ控制信号锁存芯片。在CPU改变固态继电器JDQ控制状态之前，一直保持JDQ输入端的控信号不变。在启动电磁阀的同时，IC1向报警指示灯(LEDALARM)发出报警信号。控制器将点亮面板上的报警指示灯(LEDALARM)，指示相应的用户单元存在故障。用户将智能卡(ICCARD)正确插入卡座后，卡座旁的LED指示灯会自动点亮，同时单片机检查卡座，自动完成刷卡操作，并通过显示器提示用户操作结束。用户也可以在插好卡后，点击键盘上的刷卡键，单片机会响应键盘完成刷卡操作，当用户将IC卡插入卡座后，卡座接口电路将会产生中断信号，向CPU申请中断，CPU响应中断后，调用刷卡中断子程序，完成刷卡操作，如前所述。
用户可以在水(电、气)量被切断之前的任何时刻刷卡。卡上刷入的数量与单片机存储器中的剩余量之和构成新的用户量，并写入单片机存储器中。
用户通过键盘可以查询本户的水(电、气)量情况。点击查询键，正确输入用户单元号及用户密码，即可开始查询。点击水(电、气)量键，即可查到用户所需。
当用户所购水(电、气)量快用完时，单片机会通过报警指示电路(LEDALARM)告诉用户及时刷卡，否则水(电、气)源将被切断。
与用户有关的数据贮存在带掉电保护的存储器中，确保系统断电时数据不会丢失。
由于单片机计数系统并不影响原水(电、气)表的计数，在系统故障检修期间，用户可以根据原水(电、气)表照常用水(电、气)。
参见图3，这种信号发生装置光电传感器为在水、电、气表基座上安装光电码盘和光电开关，当水、电、气表中光电码盘转动时，光电开关输出相应频率的脉冲信号，由于光电开关与光电码盘之间无接触，因此不影响水、电、气表本身的计数。
综上所述，微处理器装置由单片微机和外围接口电路组成，外围接口电路包括信号采集单元、信号预处理单元、人机对话单元、内外数据交换单元、控制单元和通信单元。
所述信号采集单元是由水表、电表、煤气表的旋转圆盘、光电传感器、光耦开关构成的信号读取装置。
所述的信号读取装置能输出计数脉冲信号和故障报警信号。
所述故障报警信号由与光电传感器连接的光耦开关产生。从光耦的发射极通过一接地电阻引出故障报警信号到单片机。
所述单片机接有由LED构成的24路光电故障报警电路。
所述信号预处理单元由隔离光耦和具有整形功能的40106构成。经过预处理的信号是规整的数字信号。
所述人机对话单元由键盘显示芯片IC6、译码器、4×4键盘、数码管显示构成。可以随时通过键盘和显示器查询用水、用电、用气情况。
所述内外数据交换单元由单片机、存储器、IC卡、IC卡卡座、插卡指示灯构成。可以通过IC卡随时向单片机存储器存入所购数量的水(电、气)量。
所述IC卡为桥式数据卡。IC卡使用一次后，需要重新办理购买手续方可再次使用。
所述IC卡卡座为插入式印刷板插槽。
所述插卡指示灯由与IC卡、卡座相连接的信号线和放置于卡座旁的LED指示灯构成。
本实用新型采用现有的水、电、气计量装置，可实现三表的智能抄表，并可通过电磁阀进行定量控制，用户可利用IC卡将三表的基数送入系统，当所购数量快用完时，向用户报警，提示插入新数量的IC卡，否则控制系统启动，切断源路，其控制电路的信号采集电路的输出通过信号线将从各基表上采集信号，输入计算机。单片机与IC卡构成内外数据交换电路。单片机接译码器和数码显示器、键盘构成人机交互界面。本控制器除了自身单独工作外，还可接入通讯网络或专线、无线来实现远程抄表及控制。配合上位机软件，面向用户设计，有良好的人机用户界面，真正实现抄表、制表、收费一体化、自动化。
权利要求1.一种水、电、气表网络智能计费收费管理控制器，其特征在于包括有水、电、气表的光电传感器、光耦、整形电路、级联中断控制器、总线驱动电路、微处理器、IC卡、报警显示电路、ROM和RAM存贮器、键盘、显示器及键盘显示控制器、控制锁存器、继电器及电磁阀，水、电、气表工作时由光电传感器输出计数脉冲信号，脉冲信号经光耦耦合、整形电路整形之后送至级联中断控制器，级联中断控制器根据中断队列情况分别将中断信号送至微处理器，申请中断服务，键盘显示控制器控制数字键和功能键的键盘中断以及数码管显示器的显示内容，当微处理器接收到故障报警时，通过数据总线向相应的继电器发出控制信号，控制信号锁存在锁存器中，直到另一个控制信号到来，改变其锁存状态为止，ROM是程序存贮器，其中存贮着本系统的程序，微处理器通过总线从中读出指令，RAM为系统数据存贮器，各用户的水、电、气量信息以及有关的故障信息存贮其中，IC卡的读写操作和用户的故障报警显示通过微处理器的P1口来实现。
2.根据权利要求1所述的水、电、气表网络智能计费收费管理控制器，其特征在于所述的光电传感器为在水、电、气表基座上安装光电码盘和光电开关，光电开关与光电码盘之间无接触。
专利摘要一种水、电、气表网络智能计费收费管理控制器,由水、电、气表工作时的光电传感器输出计数脉冲信号经整形电路、级联中断、总线驱动电路送至微处理器,微处理器通过数据总线向继电器发出控制信号,继电器通过电磁阀控制水、电、气表的通、断,微处理器连接并受控于IC卡、ROM、RAM存贮器、键盘、显示器、键盘显示控制器,本控制器还可与中心主控PC机进行通讯以及建立通信网络实现远程抄表、远程控制、远程监测。本实用新型设计合理、功能齐全、工作可靠、性能优良。
文档编号G05D27/02GK2343615SQ9823030
公开日1999年10月13日 申请日期1998年3月12日 优先权日1998年3月12日
发明者关宏, 张玘, 高勋章, 刘宪峰, 章勇 申请人:关宏, 章勇