專利名稱：集中供熱ic卡智能收費控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型公開了一種主要用于城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)中進行熱量定量管理的控制裝置。屬于智能卡(IC卡)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)的計費標準目前是采用供熱住宅的面積大小為計量收費依據(jù)，即無論實際消耗熱量如何，均按實際供熱面積收費。這種收費方式不利于節(jié)約能源，對供熱部門和用戶都會造成不必要的損失。科學合理的收費方式應(yīng)當是用多少熱量交多少費用。這樣可以減少不必要的能源損失，對雙方都十分有利。因此，發(fā)明一種可以進行供熱收費定量控制的裝置是當前供熱系統(tǒng)中十分緊迫的課題。
本實用新型的發(fā)明任務(wù)是提供一種用IC卡進行供熱總量控制的集中供熱IC卡智能收費控制裝置。該裝置可以將用戶實際消耗的熱量與其IC卡上交費購得的熱量抵減，直至為零時對供熱管路進行關(guān)斷控制。本發(fā)明的另一個任務(wù)是可以顯示總用熱量及所購熱量的余額等。
本實用新型的技術(shù)要點表現(xiàn)為1、采用了一個微處理器的主要配置構(gòu)成該裝置的控制單元。包括CPU電腦芯片、時鐘電路、存貯電路、擴展并行接口電路、按鍵顯示器及其驅(qū)動電路。
2、安裝了IC卡讀寫I/O部分與微處理器相聯(lián)接構(gòu)成數(shù)據(jù)輸入回路。
3、設(shè)計了兩種信號采樣整形電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路，完成對熱量信號的采樣和傳輸。
4、設(shè)計了D/A轉(zhuǎn)換電路和變換及驅(qū)動電路將微處理器的控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂齐娏鳌?br> 5、附設(shè)了報警電路和開關(guān)量輸出電路以增加該裝置的使用功能。
以下根據(jù)說明書附圖，詳細介紹本實用新型的具體構(gòu)成(一)方框圖說明(見附圖一)
本裝置包括CPU電腦芯片1、存貯電路2、A/D轉(zhuǎn)換電路3、采樣整形電路4、D/A轉(zhuǎn)換電路5、變換及驅(qū)動電路6、顯示驅(qū)動電路7、顯示器8、擴展并行口電路9、報警電路10、按鍵11、時鐘電路12、IC卡讀寫I/O部分13、開關(guān)量輸出電路14。
在CPU電腦芯片1的P0口端(P00-P07)連接有存貯電路2和D/A轉(zhuǎn)換電路3。存貯電路2由IC3(2764)和IC6(74ALS373)組成。其中IC6(74ALS373)的D0-D7端與IC1(8051)的P00-P07端連接，LE端與IC1(8051)ALE端連接，IC6(74LS373)的Q0-Q7端與IC3(2764)的A0-A7端連接，IC3(2764)的D0-D7端與IC1(8051)CPU電腦芯片的P00-P07端連接，存貯電路2的IC3(2764)的第20、22、27腳分別與IC1(8051)CPU電腦芯片的P2.5(26腳)、RD(17腳)、WR(16腳)相連接，D/A轉(zhuǎn)換電路5由兩部分組成，包括IC4(0832)、IC2(0832)；變換及驅(qū)動電路6由IC11、IC12、IC9、IC10(741)、N1、N2(5551)、R3、R5(10K)、R4、R6(250Ω)組成，這兩部分結(jié)構(gòu)及功能相同?，F(xiàn)說明其中一部分D/A轉(zhuǎn)換電路(5)的IC4(0832)的4、5、6、7、13、14、15、16腳與IC1(8051)CPU電腦芯片的P0口(P00-P07)相連，IC4(0832)的WR1端(2腳)與CPU電腦芯片的WR端相連，IC4(0832)的11、12腳與變換及驅(qū)動電路(6)的IC11(741)的2、3腳相連，IC4的rfb端接IC11(741)的6腳，IC11的輸出(6腳)與IC12反相輸入端(2腳)相連，且IC12與N2組成跟隨器，由N2的集電極輸出電流信號。
時鐘電路12由IC20(1320)，電池B1、晶振C12(32、763KHZ)及C13、C14組成。由IC20的BET端連接B1、X1、X2端連接振蕩器(由C12、C13、C14組成)，IC20、I/O、RET端分別接至CPU電腦芯片1的P1.5、P1.6、P1.7。
顯示器8由IC15-IC19(74ALS164)和Z1、Z5(LED)組成，IC15-IC19的CLK端連CPU電腦芯片1的TXD端。
A/D轉(zhuǎn)換電路3由IC5(14433)、IC7(MC1403)、R1、C2、C1、R2、C4組成。IC7的OUT端與IC5的VR連接。
擴展并行口電路9包括IC13(8155)、IC8(4051)，IC13(8155)的AD0-AD7)與CPU電腦芯片1的P0口(32-39腳)連接，按鍵電路11(S1-S4)與IC13的PC0-PC3端口連接。IC8(4051)的X0-X7端口接R9-R12與C11、C10、C9、C7組成的取樣濾波電路，IC8的A、B、C端口與IC13的PA5-PA7相連。
開關(guān)量輸出電路14由N3-N5、J1-J3、D1-D3組成。N3-N5分別連接IC13的PA0-PA2。整形電路由01、02；R22、R23及IC14A(7404)、IC14B(7404)組成，其輸出T0、T1，連接IC1的14、15腳。
(二)電原理圖說明(見附圖二)本實用新型采用和Inte 18051 CPU(IC1)，內(nèi)部具有8KE2PROM及252個字節(jié)，4個I/O口，外接2764(IC3)保存數(shù)據(jù)，外接10位A/D芯片14433(IC5)作模/數(shù)轉(zhuǎn)換，外接0832(IC2)做D/A轉(zhuǎn)換，外接8155芯片(IC13)擴展并行接口，外接IC卡座，外接5只74ALS164(IC15-IC19)做數(shù)碼管(LEDZ1-LEDZ5)驅(qū)動。主板上需用±5V和±12V電源，另有+24V電源，供外部儀表使用。以下對電路進行分部評述1、外接數(shù)據(jù)貯存器外接存貯器采用2764(IC3)式非易失存貯器，由于其可以在線改寫，掉線不失數(shù)據(jù)，用來保存剩余供熱量。2764(IC3)的數(shù)據(jù)口D0-D1與8051(IC1)的P0口相連，其地址線A0-A7與譯碼鎖存器74LS373(IC6)的Q0-Q7相連，74LS737(IC6)的LE端與8051(IC1)的ALE輸出相連，鎖存P0口輸出的地址信號。集成電路2764(IC3)的CE端與P2.5相連，因為P0口數(shù)據(jù)復(fù)用CE片選以此來和其他芯片區(qū)分，其DE端為讀選通而與8051(IC1)的RD相連，其PGM端與8051(IC1)的WR端相連。
2、外接8155(IC13)并行口8051(IC1)的P0口與8155(IC13)的AD0-AD1相連，向8155(IC13)送出數(shù)據(jù)和控制信息，8051(IC1)的P1.5連接8155(IC13)的CE端，作為8155(IC13)的片選，8155(IC13)的讀/寫線與8051(IC1)的讀寫線相連，8155(IC13)的ALE端與8051(IC1)的ALE相連。8155(IC13)的PA口用作3路開關(guān)量輸出、兩路LED(L1、L2)輸出，對4051(IC8)的3路選擇線輸出，PB口用作讀取14433(IC5)的數(shù)據(jù)，PC口用作4路按鍵輸入和兩路LED(L3、L4)輸出。輸入/輸出的轉(zhuǎn)換在按鍵掃描時進行。8155(IC13)的中斷功能以備擴展其它功能使用。
3、外接D/A轉(zhuǎn)換CPU的P0口與兩只0832(IC2、IC4)相連，作為控制輸出。兩只0832(IC2、IC4)的D11-D17、P2.6和P2.7分別作為兩只0832(IC2、IC4)的片選，此兩只0832(IC2、 IC4)的WR1端與8051(IC1)的WR信號相連，CPU可以分別向此兩只0832(IC2、IC4)送出數(shù)據(jù)，此兩只0832(IC2、IC4)的WR2端接地，允許寫入。ILE端接高電平，允許讀存數(shù)據(jù)。Vref端接-5V。輸出為0-+5。由兩只74LS741(IC4、IC10)為兩只0832(IC2、IC4)進行輸出轉(zhuǎn)換。741(IC9)將0832(IC2)的電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓，另一只741(IC10)接成跟縱器，將250Ω標準電阻上的電壓保持與輸入電壓相一致，這樣三極管5551(N1)和5551(N2)流經(jīng)的電流就是4-20毫安的恒流信號，其上接OC輸出，可以帶動5K電阻的負載，而一般伺服放大器的內(nèi)阻只有200多歐姆，這樣就完成了對外部電動執(zhí)行器的控制。
4、外接A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換采用通用A/D芯片14433(IC5)其精度可以滿足本系統(tǒng)使用，14433(IC5)的數(shù)據(jù)輸出Q0-Q3、DS1-DS4連接到8155(IC13)的PB口。14433(IC5)的電壓基準由MC1403(IC7)提供，1403(IC7)是高精度的2.5V穩(wěn)壓源。14433(IC5)的輸入來自4051(IC8)的選通輸出。14433(IC5)的DU(采樣起動)連接到8051(IC1)的INTO。14433(IC5)的EOC(轉(zhuǎn)換完成信號)連接到8051(IC1)的INTI。14433(IC5)用-5V電源。由4051(IC8)來完成對8選1的模擬選擇，因為系統(tǒng)輸入的信號并不多，實際只保留了4路，各種儀表的4-20mA電流信號，由250Ω標準電阻轉(zhuǎn)換后變?yōu)?-5V電壓信號，經(jīng)過4051(IC8)選通后送入14433(IC5)。4051(IC8)的多路選擇由8155(IC13)的PA口完成。
5、外部脈沖信號采樣外部儀表輸出的計數(shù)脈沖經(jīng)過光電耦合器01和02轉(zhuǎn)換之后，經(jīng)過7404(IC14)的轉(zhuǎn)換送至8051(IC1)的T0和T1。光電耦合器采用TLP521(01、02)，這樣既可以把外部幅度較高的脈沖轉(zhuǎn)換為邏輯電平，還可以起到一定的抗干擾作用，光電耦合器和CPU之間用7404(IC14)整形。
6、外部IC卡座IC卡座配用西門子的4442型加密卡，卡座的電源由三極管5401(P1)控制，平時不帶電，只有將IC卡插入后，才由程序控制加電，IC卡座的RET(復(fù)位)、SDA(數(shù)據(jù))、SCL(時鐘)、DWT(插口檢測)信號分別連接到CPU(IC1)的P1.1、P1.3、P1.2和P1.4。三極管5401(P1)由CPU(IC1)的P1.0控制。
7、外接開關(guān)量輸出通過8155(IC13)的PA口保留了三路開關(guān)量輸出為PA0-PA2分別控制了三只5551三極管(N3-N5)，此三只5551三極管既可以直接OC輸出，也可以再帶動外部繼電器，繼電器的電壓可以靈活改變，電路板上為其預(yù)留了三只抗反向脈沖二極管IN4001(D1-D3)，其中一路開關(guān)備為接報警器之用，另一路用以接報警燈，第三路作其他控制機動備用。
8、按鍵和發(fā)光管通過8155(IC13)的PA口和PC口，設(shè)了四個發(fā)光管輸出和四個接健輸入，將來根據(jù)實際需要可以靈活配置，LED全部為共陽極使用，按鍵將采用定時掃描方式。對五個八段數(shù)據(jù)管(LED1-LED5)的驅(qū)動采用74LS164(IC15-IC19)，74LS164為串并轉(zhuǎn)換器，由8051(IC1)的串口送出數(shù)據(jù)和時鐘信號，其中串口的TXD連接5只74ALS164(IC15-IC19)的CLK端，兩串口的RXD端連接第一只74LS164(IC15)的A和B，第一只74LS164(IC15)的Q7輸出再接到下一片74LS164(IC16)的A和B，以此類推，這樣接法可以節(jié)省口線。
9、時鐘電路時鐘電路采用達拉斯公司產(chǎn)品1320(IC20)，1320(IC20)是串行時鐘，自帶涓流充電器，在外接電池(B1)情況下可以長期工作。不怕停電，且自帶閏年補償。1320(IC20)的RET(復(fù)位)和CLK(時鐘)，T/D(數(shù)據(jù)輸入輸出)分別連接到8051(IC1)的P1.5、P1.6、P1.7，其中RET端與8155(IC13)的片選復(fù)用。
綜上所述，一種集中供熱IC卡智能收費控制裝置，包括由CPU電腦芯片1、時鐘電路12、存貯電路2、擴展并行接口電路9、按鍵11、顯示器8及顯示驅(qū)動電路7組成的微處理器，以及與微處理器相聯(lián)接的可以將內(nèi)部存貯的數(shù)據(jù)輸入微處理器的IC卡讀寫I/O部分13，其特征在于有一個至少由兩種信號即脈沖和模擬信號采樣和整形電路的采樣整形電路4經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路3與微處理器聯(lián)接構(gòu)成信號采樣控制輸入回路；還有D/A轉(zhuǎn)換電路5和變換及驅(qū)動電路6共同構(gòu)成微處理器的輸出控制回路；另有報警電路10、開關(guān)量輸出電路14經(jīng)擴展并行口電路9與微處理器構(gòu)成報警和開關(guān)量控制回路。
本實用新型的工作過程如下輸入部分為模擬量輸入和脈沖量輸入。
模擬量(4-20MA)經(jīng)過阻容濾波后送入IC8(4051)的輸入口(X0-X7)，由它完成8選1的模擬量選擇，采樣后模擬信號由X口輸出至IC5(14433)，由其完成A/D轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換過程由IC1(8051)的INTI發(fā)出轉(zhuǎn)換啟動信號，再轉(zhuǎn)換成由INTO控制。轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字信號由IC5(14433)的Q3-Q0，DS1-DS4輸出至IC13(8155)的PB口，由8155通過讀/寫線與IC1(8051)進行讀寫操作。IC1(8051)對輸入的熱量信號進行計算并與存貯器中預(yù)先通過IC卡I/O口存入的熱量相減，當所剩電量等于最下限設(shè)定報警值時，由IC13(8155)PA口送出高電平，N3導通，使繼電器吸合，從而報警。由IC1(8051)的P0口輸出的數(shù)字信號反映當前剩余熱量，如果剩余熱量為0，則經(jīng)過IC4、IC2(二只0832)進行D/轉(zhuǎn)換，由IC11、IC9(741)進行輸出轉(zhuǎn)換，即將電流輸出轉(zhuǎn)為電壓輸出，而IC10、IC12接成跟隨器，將250Ω標準電阻上電壓保持與輸入電壓一致，這樣，N1、N2(5551)流經(jīng)的電流就是4-20MA的恒流信號，其上接OC輸出，可以帶動5K電阻的負載，而后級伺服放大器內(nèi)阻只有200多歐姆，可以滿足需要將電流信號由20MA遞減到4MA，從而經(jīng)伺服放大器關(guān)閉執(zhí)行器。
該裝置也可輸出反映熱量值脈沖量，計數(shù)脈沖經(jīng)過光電耦合器轉(zhuǎn)換，由IC14(7404)進行整形送入IC1(8051)的T0、T1，由IC1進行計算。
顯示部分IC15、IC16、IC17、IC18、IC19(74LS164)為五位數(shù)碼管驅(qū)動，由IC1(8051)串口送出數(shù)據(jù)和時鐘信號，具體顯示數(shù)據(jù)由S1-S4按鍵決定，S1健則顯示IC1(8051)RXD端送來的剩余熱量，按S2健則顯示調(diào)校內(nèi)容，內(nèi)容包括時間、下限設(shè)定。按S3、S4鍵則根據(jù)調(diào)校內(nèi)容增減時間或下限設(shè)定。在不按鍵的情況下，顯示當前熱量。
卡座電源由P1(5401)及程序控制，只有當IC卡座中有IC卡插入時才加電，由IC1(8051)先識別IC卡，包括密碼校驗、身份檢驗。密碼及身份由管理軟件寫入，只有檢驗正確才能將卡中熱量讀入，IC3(2764)進行存儲，否則連續(xù)三次密碼不符，將會把IC卡燒毀，如果密碼正確則數(shù)碼管顯示購入的熱量與熱量之和。采用此種加密方式以防止熱電廠售出的專用IC卡中的數(shù)據(jù)不被私自修改。
本實用新型的主要優(yōu)點計算控制準確，對供熱系統(tǒng)具有智能管理功能，可以大大改善現(xiàn)有的收費不合理的狀況，對節(jié)約能源具有重要作用。有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。
附

圖1是本實用新型的電原理方框圖。
附圖2是本實用新型的電路圖總圖。
附圖3是本實用新型中CPU電腦芯片1、存貯電路2、時鐘電路12和D/A轉(zhuǎn)換電路5的電路圖。
附圖4是本實用新型中擴展并行口電路9按鍵電路11、報警電路10、開關(guān)量輸出電路14和模擬量輸入電路的電路圖。
附圖5是本實用新型中A/D轉(zhuǎn)換電路3、變換及驅(qū)動電路6的電路圖。
附圖6是本實用新型中IC卡讀寫I/O部分13、顯示器8和脈沖信號輸入回路的電路圖。
本實用新型的一個具體實施例中采樣整形電路4包括由四只250Ω標準電阻(R9＝R12)和四只電容器(C11、C10、C9、C7)分別搭接組成的四路阻容耦合輸入回路組成的模擬信號采樣和整形電路以及由兩只限流電阻器(R20、R21)、兩只光電耦合器(01、02)、兩只反相器集成電路(IC14A、B)分別搭接組成的兩路脈沖信號采樣和整形電路所構(gòu)成。
A/D轉(zhuǎn)換電路3由A/D轉(zhuǎn)換器集成電路(IC5)和電壓基準集成電路(IC7)以及電阻R1、R2、電容器C1、C2、C4搭接構(gòu)成，電壓基準集成電路的OUT端與A/D轉(zhuǎn)換器集成電路的VR連接。
D/A轉(zhuǎn)換電路5、變換及驅(qū)動電路6由兩路完全相同的D/A轉(zhuǎn)換集成電路(IC2、IC4)分別與兩級運放集成電路(IC9、IC10、IC11、IC12)搭接構(gòu)成，其輸出級為晶體管(N1、N2)組成的集電極輸出的電流放大輸出電路。
本實施中所用的集成電路詳細介紹如下序號 型號 用途IC1 8051 CPUIC2 DAC8032D/A轉(zhuǎn)換IC3 2764 ROM存儲器IC4 DAC8032D/A轉(zhuǎn)換IC5 14433 A/D轉(zhuǎn)換IC6 74ALS373 鎖存器IC7 M1403 電壓基準IC8 4051 模擬開關(guān)IC9 741運放IC10 741運放IC11 741運放IC12 741運放IC13 8155 擴展并口IC14 7404 反相器IC15 74ALS164 數(shù)碼管驅(qū)動IC16 74ALS164 數(shù)碼管驅(qū)動IC17 74ALS164 數(shù)碼管驅(qū)動IC18 74ALS164 數(shù)碼管驅(qū)動IC19 74ALS164 數(shù)碼管驅(qū)動IC20 1320 時鐘芯片
權(quán)利要求1.一種集中供熱IC卡智能收費控制裝置，包括由CPU電腦芯片(1)、時鐘電路(12)、存貯電路(2)、擴展并行接口電路(9)、按鍵(11)、顯示器(8)及顯示驅(qū)動電路(7)組成的微處理器，以及與微處理器相聯(lián)接的可以將內(nèi)部存貯的數(shù)據(jù)輸入微處理器的IC卡讀寫I/O部分(13)，其特征在于有一個至少由兩種信號即脈沖和模擬信號采樣和整形電路的采樣整形電路(4)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路(3)與微處理器聯(lián)接構(gòu)成信號采樣控制輸入回路；還有D/A轉(zhuǎn)換電路(5)和變換及驅(qū)動電路(6)共同構(gòu)成微處理器的輸出控制回路；另有報警電路(10)、開關(guān)量輸出電路(14)經(jīng)擴展并行口電路(9)與微處理器構(gòu)成報警和開關(guān)量控制回路。
2.按照權(quán)利要求1所述的集中供熱IC卡智能收費控制裝置，其特征是采樣整形電路4包括由四只250Ω標準電阻(R9＝R12)和四只電容器(C11、C10、C9、C7)分別搭接組成的四路阻容耦合輸入回路組成的模擬信號采樣和整形電路以及由兩只限流電阻器(R20、R21)、兩只光電耦合器(01、02)、兩只反相器集成電路(IC14A、B)分別搭接組成的兩路脈沖信號采樣和整形電路所構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1所述的集中供熱IC卡智能收費控制裝置，其特征是A/D轉(zhuǎn)換電路(3)由A/D轉(zhuǎn)換器集成電路(IC5)和電壓基準集成電路(IC7)以及電阻R1、R2、電容器C1、C2、C4搭接構(gòu)成，電壓基準集成電路的OUT端與A/D轉(zhuǎn)換器集成電路的VR連接。
4.按照權(quán)利要求1所述的集中供熱IC卡智能收費控制裝置，其特征是D/A轉(zhuǎn)換電路(5)、變換及驅(qū)動電路(6)由兩路完全相同的D/A轉(zhuǎn)換集成電路(IC2、IC4)分別與兩級運放集成電路(IC9、IC10、IC11、IC12)搭接構(gòu)成，其輸出級為晶體管(N1、N2)組成的集電極輸出的電流放大輸出電路。
專利摘要本實用新型是用于集中供熱系統(tǒng)中進行熱量定量管理的控制裝置,屬智能卡應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是由CPU電腦芯片1組成的微處理器和IC卡構(gòu)成控制單元,其特征是有一個采樣整形電路4經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路3與微處理器聯(lián)接構(gòu)成信號采樣控制輸入回路;還有D/A轉(zhuǎn)換電路5和變換驅(qū)動電路6構(gòu)成微處理器的輸出控制回路所組成,并設(shè)有報警電路10、開關(guān)量輸出電路14等。具有計量控制準確和智能化管理功能。有良好的經(jīng)濟效益。
文檔編號G06K19/067GK2369293SQ99220888
公開日2000年3月15日 申請日期1999年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月14日
發(fā)明者韓百生, 房程明, 張業(yè)承, 袁桂芬 申請人:濟南四達計算機公司