專利名稱：超低功耗燃氣智能卡防竊氣控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種采用單片計算機的數字程序控制裝置，也屬于一種由電動機致動的提升閥，具體是指一種超低功耗燃氣智能卡防竊氣控制器。
現(xiàn)有的管道燃氣的用氣管理方法普遍是采用皮膜式煤氣表計量，煤氣公司派專人上門抄表收費，既費時費力，又存在收費難的問題，并且當燃氣表出現(xiàn)故障而停表時，用戶仍然照常用氣，因而不能準確反映用戶的用氣量，給煤氣公司帶來一定的經濟損失。即使目前有些地區(qū)在試用的各種智能卡定量供氣控制器，因普遍達不到超低功耗，因而大多需要外接交流電或隔不多久就要更換電池，致使存在斷電不能關閥，即“白用氣”的現(xiàn)象，造成管理上的漏洞。
針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本實用新型的目的，乃是提供一種無需人工抄表而必須預繳氣費方可自動定量供氣、并且能嚴格有效地防止各種人為竊用氣現(xiàn)象發(fā)生的越低功耗燃氣智能卡防竊氣控制器。
本實用新型的解決方案如下。它由電路和機械兩部分構成，電路部分由單片機及其接口電路、IC卡及其讀寫與供電電路、顯示與按鍵電路、時鐘電路、計量與防竊氣傳感電路、電池電壓檢測電路、電機驅動控制電路構成，其中IC卡及其讀寫與供電電路跟單片機及其接口電路的讀、寫信號控制端相接，顯示與按鍵電路跟單片機及其接口電路的按鍵信號輸入接口端和顯示輸出端相連，時鐘電路、計量與防竊氣傳感電路、電池電壓檢測電路的信號輸出端分別跟單片機及其接口電路的信號輸入接口端相接，電機驅動控制電路的輸入端接在單片機及其接口電路的輸出控制端；機械部分由微型直流電機和電動控制閥構成，電動控制閥具有一個偏心的閥體，閥體上開有燃氣入口通道和燃氣出口通道，在閥體內的燃氣入口通道與燃氣出口通道的連通口上設置有將連通口封蓋起來的碗形密封圈，閥體上方固連有將碗形密封圈壓蓋住的閥蓋，閥蓋中心開設的通孔內裝有軸承，碗形密封圈底部中間固定有一升降螺母，升降螺母上旋接有向上的座落在軸承內且穿過軸承和閥蓋的升降螺桿，軸承下方的升降螺桿上套裝有O形密封圈，閥蓋上方的升降螺桿上用徑向布置的銷軸固定著一個套裝在升降螺桿上的大齒輪，閥蓋頂部上方固定著支承板，支承板頂部上方固定有一臺微型直流電機，微型直流電機的轉軸上固連著與大齒輪相嚙合的小齒輪，閥體的上方裝設有將閥蓋、支承板和微型直流電機等遮蓋起來的罩殼，微型直流電機的電源輸入端線連接在本實用新型電路部分的電機驅動控制電路的輸出端。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作出進一步詳細的說明。


圖1為本實用新型一種具體的機電一體總裝置被安裝在用戶煤氣表上的結構示意簡圖；圖2為本實用新型電路部分中的IC卡及其讀寫與供電電路所含的IC卡的外形圖；圖3為本實用新型的機電總方框原理圖；圖4為圖3本實用新型所含電路部分的一種具體電路的實施例；圖5為圖3本實用新型所含機械部分的一種具體結構的實施例；圖6為圖5的A-A剖視圖；圖7為圖5本實用新型的機械部分帶局部剖視的左視圖。
參見圖3。本實用新型由電路和機械兩部分構成，電路部分由單片機及其接口電路1、IC卡及其讀寫與供電電路2、顯示與按鍵電路3、時鐘電路4、計量與防竊氣傳感電路5、電池電壓檢測電路6、電機驅動控制電路7構成，其中IC卡及其讀寫與供電電路2跟單片機及其接口電路1的讀、寫信號控制端相接，顯示與按鍵電路3跟單片機及其接口電路1的按鍵信號輸入接口端和顯示輸出端相連，時鐘電路4、計量與防竊氣傳感電路5、電池電壓檢測電路6的信號輸出端分別跟單片機及其接口電路1的信號輸入接口端相接，電機驅動控制電路7的輸入端接在單片機及其接口電路1的輸出控制端。
參見圖3與圖4。單片機及其接口電路1由超低功耗單片機U1、接口電路U2、電阻R14及電容C1與C2組成，單片機U1可采用日本OKI公司生產的SMS1654型號，接口電路U2可采用美國PSD專用接口芯片PSD003；IC卡及其讀寫與供電電路2由加密IC卡、IC卡卡座U3、三極管VT7與VT8、二極管D1至D5、電阻R10到R13及電容C3至C6組成，U3可采用S4012型號；顯示與按鍵電路3由發(fā)光二極管LED1至LED5、數碼管LED6至LED8、電阻R1至R7及按鍵K1組成，發(fā)光二極管和數碼管均可市購；時鐘電路4由雙晶振振蕩電路U5構成，型號可采用SYX32768；計量與防竊氣傳感電路5由計量傳感器開關MC和防竊氣傳感器開關KZ與BT構成，可自制或市購；電池電壓檢測電路6由電壓檢測集成電路U4構成，型號為S-8053LRB；電機驅動控制電路7由三極管VT1至VT6、電阻R8與R9及電阻R15至R17組成。接口電路U2的輸出端與單片機U1的信號輸入端相連；IC卡及其讀寫與供電電路2中的IC卡卡座U3和電阻R10分別與單片機U1相接；顯示與按鍵電路3中的LED1至LED8和電阻R1至R7均與單片機U1相連，而按鍵K1則與接口電路U2的輸入端相接；時鐘電路4的U5、計量與防竊氣傳感電路5中的MC、BT傳感器開關分別與接口電路U2的輸入端相連；電池電壓檢測電路6的U4的輸出端與單片機U1相接；電機驅動控制電路7的電阻R15和R16接在單片機U1的輸出端。
參見圖3和圖5至圖7。本實用新型的機械部分由微型直流電機8和電動控制閥9構成，電動控制閥9具有一個偏心的閥體91，閥體91上開有燃氣入口通道9101和燃氣出口通道9102，在閥體91內的燃氣入口通道9101和燃氣出口通道9102的連通口9103上設置有將連通口9103封蓋起來的碗形密封圈92，碗形密封圈92可用丁腈(NBK)制造。閥體91上方具有用螺釘913和彈簧墊圈914固定在閥體91上的閥蓋94，閥蓋94中心開設的通孔內緊套有軸承97，碗形密封圈92底部中間固定有一桿狀的升降螺母93，升降螺母93上旋接有向上的位于軸承97內且穿過軸承97和閥蓋94的升降螺桿99，軸承97下方的升降螺桿99上套裝有用橡膠制作的O形密封圈96，閥蓋94上方的升降螺桿99上用沿徑向布置的銷軸98固定著一個套裝在升降螺桿99上的大齒輪910，閥蓋94頂部上方具有用螺釘919和彈簧墊圈920固定在閥蓋94上的支承板911，機械部分的微型直流電機8用螺釘916固定在此支承板911上，微型直流電機8的轉軸上固連著與下方的大齒輪910相嚙合的小齒輪915，閥體91的上方具有用螺釘95將其與閥蓋94相固連且將閥蓋94、支承板911和微型直流電機8等遮蓋起來的罩殼912。支承板911上用螺釘917固連著壓線板918，微型直流電機8的電樞M的電源輸入端線81固裝在壓線板918上，再穿過罩殼912上的開孔與電路部分的電機驅動控制電路7的輸出端相連，亦即分別與圖4中三極管VT3(VT5)的集電極和VT4(VT6)的集電極相連。
參見
圖1與圖2，本實用新型其絕大部分元器件和零配件可組裝于一控制盒10內，電路部分的絕大多數元器件裝在盒內的電路板11上，只有計量與防竊氣傳感電路5中的計量傳感器開關(MC)51和防竊氣傳感器開關(KZ與BT)52安裝在用戶煤氣表13內，控制盒10的面板上裝有顯示與按鍵電路3中的數碼管(LED6-LED8)31、按鍵(K1)32、發(fā)光二極管(LED1-LED5)33。煤氣管道12穿過控制盒10與用戶煤氣表13相連通，電動控制閥8則串聯(lián)在煤氣管道12中，圖2所示的IC卡及其讀寫與供電電路2中的加密IC卡21，從控制盒10面板上開設的IC卡插入口101，插入電路的IC卡卡座U3中。
參見
圖1至圖7。具有上述機電一體結構的本實用新型的工作原理如下。當IC卡21完全插入IC卡卡座U3后，U3上的接近開關產生一電脈沖信號給單片機U1，U1控制供電電路中的三極管VT7與VT8導通，使U3的VDD上電壓為5V，接著執(zhí)行相應的讀寫卡程序，執(zhí)行完后，控制VT7與VT8截止，使U3的VDD電壓為OV；并根據IC卡的識別碼，執(zhí)行相應的控制，如讀寫氣量，關閉或打開電動控制閥9。加密IC卡21上的密碼由煤氣公司和生產廠家共同設置，且一機一卡制，防偽性更好。讀寫完畢給IC卡21立即下電，確保即使插入金屬片，也不會影響正常工作。安裝在用戶煤氣表13內的計量傳感器開關(MC)51，本質上是一開關，當它每檢測到用戶使用完0.1m3氣量時，煤氣表字輪帶動開關閉合，產生一電脈沖信號，供單片機U1計數，每計數十個脈沖，購氣量減一。當控制器內剩余氣量＜5m3時，自動關閉電動控制閥9，如果用戶實在來不及購氣，可按應急/查詢按鍵(K1)32，自動開閥，供用戶繼續(xù)使用剩余氣量，當剩余氣量為0時，再次關閥，此時按應急鍵(K1)32無效，用戶煤氣表13內的防竊氣傳感器開關(KZ與BT)52實質上是兩個串聯(lián)的開關，正常時處于關閉狀態(tài)，當它們檢測到用戶試圖開啟煤氣表字輪蓋或塞進卡片卡住字輪走動時，開關斷開，輸出一個脈沖信號給單片機U1,U1立即響應，并控制關閉電動控制閥9，此時用戶必須找煤氣公司維修后，方可用氣。
當電池電壓檢測電路6的U4檢測到焊接在電路板11上的長使用壽命鋰電池所提供的電壓VDD＜3V后，立即通知單片機U1空制關閉電動控制閥9，最多還可應急使用2小進后，立即關閥，必須經煤氣公司維修后，方可用氣。顯示與按鍵電路3的作用是顯示剩余氣量及工作狀態(tài)，顯示方式是采用掃描方式和查詢按鍵式，即當安全關閥、剩余氣量＜5m3、電池欠壓狀態(tài)出現(xiàn)后，連續(xù)兩次按按鍵(K1)32，執(zhí)行應急功能，而平時執(zhí)行查詢功能，可由LED1-LED8顯示剩余氣量和工作狀態(tài)。按鍵一次，顯示幾秒鐘后自動熄滅，功耗較低，并且限制每天的查詢次數和總查詢次數，以利于確保鋰電池的使用壽命。時鐘電路4的作用是依靠U5產生實時時鐘，用來限制每天的查詢次數和IC卡插卡的次數，以及檢測當煤氣表13出現(xiàn)故障后，能控制關閥。
電機驅動控制電路7的輸入端受單片機U1輸出端信號的空制，當U1的PIN2端為高電平而PIN3端為低電平時，三極管VT1、VT3、VT6導通，而VT2、VT4、VT5截止，使微型直流電機(M)8正轉，反之，電機(M)8反轉，以控制和驅動電機(M)8執(zhí)行開關電動控制閥9的動作。安裝在電機(M)8轉軸上的小齒輪915，帶動相嚙合的大齒輪910隨電機(M)8的轉動而轉動，再帶動固定在大齒輪910上的升降螺桿99作上下運動，于是升降螺母93和碗形密封圈92也跟著作上下運動，從而堵住或釋放閥體91內的燃氣入口通道9101與燃氣出口通道9102相銜接的連通口9103，實現(xiàn)用戶用氣量的定量自動控制。采用偏心閥體91，有利于降低壓損，采用銷軸98和軸承97，有利于減少電機(M)8的起動和堵轉電流。
本實用新型采用單片機技術和智能IC卡技術，對用戶用氣和燃氣計量實現(xiàn)了智能化控制和管理，這就省去了目前靠人工抄表的復雜手續(xù)。由于先收費后用氣，也避免了用戶拖欠燃氣費。由于采用了超低功耗單片機和外圍超低功耗電路設計，正常情況下，電路總耗電電流＜10μA，內藏長使用壽命鋰電池，因此不用更換電池，也不用外接任何電源，可連續(xù)工作十年以上，并且能有效地防止各種人為竊用氣現(xiàn)象發(fā)生。其性能先進，功能齊全，設計合理，使用方便，安全可靠，經濟適用，為各種管道燃氣(煤氣、天然氣等)的用氣管理實現(xiàn)現(xiàn)代化提供了一種先進設備。
權利要求1.一種超低功耗燃氣智能卡防竊氣控制器，由電路和機械兩部分構成，其特征在于A)電路部分由單片機及其接口電路、IC卡及其讀寫與供電電路、顯示與按鍵電路、時鐘電路、計量與防竊氣傳感電路、電池電壓檢測電路、電機驅動控制電路構成，其中IC卡及其讀寫與供電電路跟單片機及其接口電路的讀、寫信號控制端相接，顯示與按鍵電路跟單片機及其接口電路的按鍵信號輸入接口端和顯示輸出端相連，時鐘電路、計量與防竊氣傳感電路、電池電壓檢測電路的信號輸出端分別跟單片機及其接口電路的信號輸入接口端相接，電機驅動控制電路的輸入端接在單片機及其接口電路的輸出控制端；B)機械部分由微型直流電機和電動控制閥構成，電動控制閥具有一個偏心的閥體，閥體上開有燃氣入口通道和燃氣出口通道，在閥體內的燃氣入口通道與燃氣出口通道的連通口上設置有將連通口封蓋起來的碗形密封圈，閥體上方固連有將碗形密封圈壓蓋住的閥蓋，閥蓋中心開設的通孔內裝有軸承，碗形密封圈底部中間固定有一升降螺母，升降螺母上旋接有向上的座落在軸承內且穿過軸承和閥蓋的升降螺桿，軸承下方的升降螺桿上套裝有O形密封圈，閥蓋上方的升降螺桿上用徑向布置的銷軸固定著一個套裝在升降螺桿上的大齒輪，閥蓋頂部上方固定著支承板，支承板頂部上方固定有一臺微型直流電機，微型直流電機的轉軸上固連著與大齒輪相嚙合的小齒輪，閥體的上方裝設有將閥蓋、支承板和微型直流電機等遮蓋起來的罩殼，微型直流電機的電源輸入端線連接在本實用新型電路部分的電機驅動控制電路的輸出端。
2.如權利要求1所述的超低功耗燃氣智能卡防竊氣控制器，其特征在于，單片機及其接口電路由超低功耗單片機U1、接口電路U2、電阻R14及電容C1與C2組成；IC卡及其讀寫與供電電路由加密IC卡、IC卡卡座U3、三極管VT7與VT8、二極管D1至D5、電阻R10至R13及電容C3至C6組成；顯示與按鍵電路由發(fā)光二極管LED1至LED5、數碼管LED6至LED8、電阻R1至R7及按鍵K1組成；時鐘電路由雙晶振振蕩電路U5構成，計量與防竊氣傳感電路由計量傳感器開關MC和防竊氣傳感器開關KZ與BT構成，電池電壓檢測電路由電壓檢測集成電路U4構成，電機驅動控制電路由三極管VT1至VT6、電阻R8與R9及電阻R15至R17組成。
專利摘要本實用新型具有由單片機及其接口電路、IC卡及其讀寫與供電電路、顯示與按鍵電路、時鐘電路、計量與防竊氣傳感電路、電池電壓檢測電路、電機驅動控制電路組成的電路部分和由微型直流電機、電動控制閥構成的機械部分。它對用戶用氣和燃氣計量實現(xiàn)智能化控制和管理,省去了靠人工抄表收費的復雜手續(xù)。由于采用了超低功耗電路設計和長壽命鋰電池,因此可不更換電池而連續(xù)工作十年以上。其設計合理,性能先進,功能齊全,使用安全可靠。
文檔編號F16K31/00GK2327856SQ98230038
公開日1999年7月7日 申請日期1998年1月14日 優(yōu)先權日1998年1月14日
發(fā)明者周明弘, 肖映前, 袁學文, 何志士, 肖勝前 申請人:長沙市天成科技開發(fā)有限公司