专利名称：超低功耗燃气智能卡防窃气控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采用单片计算机的数字程序控制装置，也属于一种由电动机致动的提升阀，具体是指一种超低功耗燃气智能卡防窃气控制器。
现有的管道燃气的用气管理方法普遍是采用皮膜式煤气表计量，煤气公司派专人上门抄表收费，既费时费力，又存在收费难的问题，并且当燃气表出现故障而停表时，用户仍然照常用气，因而不能准确反映用户的用气量，给煤气公司带来一定的经济损失。即使目前有些地区在试用的各种智能卡定量供气控制器，因普遍达不到超低功耗，因而大多需要外接交流电或隔不多久就要更换电池，致使存在断电不能关阀，即“白用气”的现象，造成管理上的漏洞。
针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的，乃是提供一种无需人工抄表而必须预缴气费方可自动定量供气、并且能严格有效地防止各种人为窃用气现象发生的越低功耗燃气智能卡防窃气控制器。
本实用新型的解决方案如下。它由电路和机械两部分构成，电路部分由单片机及其接口电路、IC卡及其读写与供电电路、显示与按键电路、时钟电路、计量与防窃气传感电路、电池电压检测电路、电机驱动控制电路构成，其中IC卡及其读写与供电电路跟单片机及其接口电路的读、写信号控制端相接，显示与按键电路跟单片机及其接口电路的按键信号输入接口端和显示输出端相连，时钟电路、计量与防窃气传感电路、电池电压检测电路的信号输出端分别跟单片机及其接口电路的信号输入接口端相接，电机驱动控制电路的输入端接在单片机及其接口电路的输出控制端；机械部分由微型直流电机和电动控制阀构成，电动控制阀具有一个偏心的阀体，阀体上开有燃气入口通道和燃气出口通道，在阀体内的燃气入口通道与燃气出口通道的连通口上设置有将连通口封盖起来的碗形密封圈，阀体上方固连有将碗形密封圈压盖住的阀盖，阀盖中心开设的通孔内装有轴承，碗形密封圈底部中间固定有一升降螺母，升降螺母上旋接有向上的座落在轴承内且穿过轴承和阀盖的升降螺杆，轴承下方的升降螺杆上套装有O形密封圈，阀盖上方的升降螺杆上用径向布置的销轴固定着一个套装在升降螺杆上的大齿轮，阀盖顶部上方固定着支承板，支承板顶部上方固定有一台微型直流电机，微型直流电机的转轴上固连着与大齿轮相啮合的小齿轮，阀体的上方装设有将阀盖、支承板和微型直流电机等遮盖起来的罩壳，微型直流电机的电源输入端线连接在本实用新型电路部分的电机驱动控制电路的输出端。
以下结合附图和实施例对本实用新型作出进一步详细的说明。
图1为本实用新型一种具体的机电一体总装置被安装在用户煤气表上的结构示意简图；图2为本实用新型电路部分中的IC卡及其读写与供电电路所含的IC卡的外形图；图3为本实用新型的机电总方框原理图；图4为图3本实用新型所含电路部分的一种具体电路的实施例；图5为图3本实用新型所含机械部分的一种具体结构的实施例；图6为图5的A-A剖视图；图7为图5本实用新型的机械部分带局部剖视的左视图。
参见图3。本实用新型由电路和机械两部分构成，电路部分由单片机及其接口电路1、IC卡及其读写与供电电路2、显示与按键电路3、时钟电路4、计量与防窃气传感电路5、电池电压检测电路6、电机驱动控制电路7构成，其中IC卡及其读写与供电电路2跟单片机及其接口电路1的读、写信号控制端相接，显示与按键电路3跟单片机及其接口电路1的按键信号输入接口端和显示输出端相连，时钟电路4、计量与防窃气传感电路5、电池电压检测电路6的信号输出端分别跟单片机及其接口电路1的信号输入接口端相接，电机驱动控制电路7的输入端接在单片机及其接口电路1的输出控制端。
参见图3与图4。单片机及其接口电路1由超低功耗单片机U1、接口电路U2、电阻R14及电容C1与C2组成，单片机U1可采用日本OKI公司生产的SMS1654型号，接口电路U2可采用美国PSD专用接口芯片PSD003；IC卡及其读写与供电电路2由加密IC卡、IC卡卡座U3、三极管VT7与VT8、二极管D1至D5、电阻R10到R13及电容C3至C6组成，U3可采用S4012型号；显示与按键电路3由发光二极管LED1至LED5、数码管LED6至LED8、电阻R1至R7及按键K1组成，发光二极管和数码管均可市购；时钟电路4由双晶振振荡电路U5构成，型号可采用SYX32768；计量与防窃气传感电路5由计量传感器开关MC和防窃气传感器开关KZ与BT构成，可自制或市购；电池电压检测电路6由电压检测集成电路U4构成，型号为S-8053LRB；电机驱动控制电路7由三极管VT1至VT6、电阻R8与R9及电阻R15至R17组成。接口电路U2的输出端与单片机U1的信号输入端相连；IC卡及其读写与供电电路2中的IC卡卡座U3和电阻R10分别与单片机U1相接；显示与按键电路3中的LED1至LED8和电阻R1至R7均与单片机U1相连，而按键K1则与接口电路U2的输入端相接；时钟电路4的U5、计量与防窃气传感电路5中的MC、BT传感器开关分别与接口电路U2的输入端相连；电池电压检测电路6的U4的输出端与单片机U1相接；电机驱动控制电路7的电阻R15和R16接在单片机U1的输出端。
参见图3和图5至图7。本实用新型的机械部分由微型直流电机8和电动控制阀9构成，电动控制阀9具有一个偏心的阀体91，阀体91上开有燃气入口通道9101和燃气出口通道9102，在阀体91内的燃气入口通道9101和燃气出口通道9102的连通口9103上设置有将连通口9103封盖起来的碗形密封圈92，碗形密封圈92可用丁腈(NBK)制造。阀体91上方具有用螺钉913和弹簧垫圈914固定在阀体91上的阀盖94，阀盖94中心开设的通孔内紧套有轴承97，碗形密封圈92底部中间固定有一杆状的升降螺母93，升降螺母93上旋接有向上的位于轴承97内且穿过轴承97和阀盖94的升降螺杆99，轴承97下方的升降螺杆99上套装有用橡胶制作的O形密封圈96，阀盖94上方的升降螺杆99上用沿径向布置的销轴98固定着一个套装在升降螺杆99上的大齿轮910，阀盖94顶部上方具有用螺钉919和弹簧垫圈920固定在阀盖94上的支承板911，机械部分的微型直流电机8用螺钉916固定在此支承板911上，微型直流电机8的转轴上固连着与下方的大齿轮910相啮合的小齿轮915，阀体91的上方具有用螺钉95将其与阀盖94相固连且将阀盖94、支承板911和微型直流电机8等遮盖起来的罩壳912。支承板911上用螺钉917固连着压线板918，微型直流电机8的电枢M的电源输入端线81固装在压线板918上，再穿过罩壳912上的开孔与电路部分的电机驱动控制电路7的输出端相连，亦即分别与图4中三极管VT3(VT5)的集电极和VT4(VT6)的集电极相连。
参见
图1与图2，本实用新型其绝大部分元器件和零配件可组装于一控制盒10内，电路部分的绝大多数元器件装在盒内的电路板11上，只有计量与防窃气传感电路5中的计量传感器开关(MC)51和防窃气传感器开关(KZ与BT)52安装在用户煤气表13内，控制盒10的面板上装有显示与按键电路3中的数码管(LED6-LED8)31、按键(K1)32、发光二极管(LED1-LED5)33。煤气管道12穿过控制盒10与用户煤气表13相连通，电动控制阀8则串联在煤气管道12中，图2所示的IC卡及其读写与供电电路2中的加密IC卡21，从控制盒10面板上开设的IC卡插入口101，插入电路的IC卡卡座U3中。
参见
图1至图7。具有上述机电一体结构的本实用新型的工作原理如下。当IC卡21完全插入IC卡卡座U3后，U3上的接近开关产生一电脉冲信号给单片机U1，U1控制供电电路中的三极管VT7与VT8导通，使U3的VDD上电压为5V，接着执行相应的读写卡程序，执行完后，控制VT7与VT8截止，使U3的VDD电压为OV；并根据IC卡的识别码，执行相应的控制，如读写气量，关闭或打开电动控制阀9。加密IC卡21上的密码由煤气公司和生产厂家共同设置，且一机一卡制，防伪性更好。读写完毕给IC卡21立即下电，确保即使插入金属片，也不会影响正常工作。安装在用户煤气表13内的计量传感器开关(MC)51，本质上是一开关，当它每检测到用户使用完0.1m3气量时，煤气表字轮带动开关闭合，产生一电脉冲信号，供单片机U1计数，每计数十个脉冲，购气量减一。当控制器内剩余气量＜5m3时，自动关闭电动控制阀9，如果用户实在来不及购气，可按应急/查询按键(K1)32，自动开阀，供用户继续使用剩余气量，当剩余气量为0时，再次关阀，此时按应急键(K1)32无效，用户煤气表13内的防窃气传感器开关(KZ与BT)52实质上是两个串联的开关，正常时处于关闭状态，当它们检测到用户试图开启煤气表字轮盖或塞进卡片卡住字轮走动时，开关断开，输出一个脉冲信号给单片机U1,U1立即响应，并控制关闭电动控制阀9，此时用户必须找煤气公司维修后，方可用气。
当电池电压检测电路6的U4检测到焊接在电路板11上的长使用寿命锂电池所提供的电压VDD＜3V后，立即通知单片机U1空制关闭电动控制阀9，最多还可应急使用2小进后，立即关阀，必须经煤气公司维修后，方可用气。显示与按键电路3的作用是显示剩余气量及工作状态，显示方式是采用扫描方式和查询按键式，即当安全关阀、剩余气量＜5m3、电池欠压状态出现后，连续两次按按键(K1)32，执行应急功能，而平时执行查询功能，可由LED1-LED8显示剩余气量和工作状态。按键一次，显示几秒钟后自动熄灭，功耗较低，并且限制每天的查询次数和总查询次数，以利于确保锂电池的使用寿命。时钟电路4的作用是依靠U5产生实时时钟，用来限制每天的查询次数和IC卡插卡的次数，以及检测当煤气表13出现故障后，能控制关阀。
电机驱动控制电路7的输入端受单片机U1输出端信号的空制，当U1的PIN2端为高电平而PIN3端为低电平时，三极管VT1、VT3、VT6导通，而VT2、VT4、VT5截止，使微型直流电机(M)8正转，反之，电机(M)8反转，以控制和驱动电机(M)8执行开关电动控制阀9的动作。安装在电机(M)8转轴上的小齿轮915，带动相啮合的大齿轮910随电机(M)8的转动而转动，再带动固定在大齿轮910上的升降螺杆99作上下运动，于是升降螺母93和碗形密封圈92也跟着作上下运动，从而堵住或释放阀体91内的燃气入口通道9101与燃气出口通道9102相衔接的连通口9103，实现用户用气量的定量自动控制。采用偏心阀体91，有利于降低压损，采用销轴98和轴承97，有利于减少电机(M)8的起动和堵转电流。
本实用新型采用单片机技术和智能IC卡技术，对用户用气和燃气计量实现了智能化控制和管理，这就省去了目前靠人工抄表的复杂手续。由于先收费后用气，也避免了用户拖欠燃气费。由于采用了超低功耗单片机和外围超低功耗电路设计，正常情况下，电路总耗电电流＜10μA，内藏长使用寿命锂电池，因此不用更换电池，也不用外接任何电源，可连续工作十年以上，并且能有效地防止各种人为窃用气现象发生。其性能先进，功能齐全，设计合理，使用方便，安全可靠，经济适用，为各种管道燃气(煤气、天然气等)的用气管理实现现代化提供了一种先进设备。
权利要求1.一种超低功耗燃气智能卡防窃气控制器，由电路和机械两部分构成，其特征在于A)电路部分由单片机及其接口电路、IC卡及其读写与供电电路、显示与按键电路、时钟电路、计量与防窃气传感电路、电池电压检测电路、电机驱动控制电路构成，其中IC卡及其读写与供电电路跟单片机及其接口电路的读、写信号控制端相接，显示与按键电路跟单片机及其接口电路的按键信号输入接口端和显示输出端相连，时钟电路、计量与防窃气传感电路、电池电压检测电路的信号输出端分别跟单片机及其接口电路的信号输入接口端相接，电机驱动控制电路的输入端接在单片机及其接口电路的输出控制端；B)机械部分由微型直流电机和电动控制阀构成，电动控制阀具有一个偏心的阀体，阀体上开有燃气入口通道和燃气出口通道，在阀体内的燃气入口通道与燃气出口通道的连通口上设置有将连通口封盖起来的碗形密封圈，阀体上方固连有将碗形密封圈压盖住的阀盖，阀盖中心开设的通孔内装有轴承，碗形密封圈底部中间固定有一升降螺母，升降螺母上旋接有向上的座落在轴承内且穿过轴承和阀盖的升降螺杆，轴承下方的升降螺杆上套装有O形密封圈，阀盖上方的升降螺杆上用径向布置的销轴固定着一个套装在升降螺杆上的大齿轮，阀盖顶部上方固定着支承板，支承板顶部上方固定有一台微型直流电机，微型直流电机的转轴上固连着与大齿轮相啮合的小齿轮，阀体的上方装设有将阀盖、支承板和微型直流电机等遮盖起来的罩壳，微型直流电机的电源输入端线连接在本实用新型电路部分的电机驱动控制电路的输出端。
2.如权利要求1所述的超低功耗燃气智能卡防窃气控制器，其特征在于，单片机及其接口电路由超低功耗单片机U1、接口电路U2、电阻R14及电容C1与C2组成；IC卡及其读写与供电电路由加密IC卡、IC卡卡座U3、三极管VT7与VT8、二极管D1至D5、电阻R10至R13及电容C3至C6组成；显示与按键电路由发光二极管LED1至LED5、数码管LED6至LED8、电阻R1至R7及按键K1组成；时钟电路由双晶振振荡电路U5构成，计量与防窃气传感电路由计量传感器开关MC和防窃气传感器开关KZ与BT构成，电池电压检测电路由电压检测集成电路U4构成，电机驱动控制电路由三极管VT1至VT6、电阻R8与R9及电阻R15至R17组成。
专利摘要本实用新型具有由单片机及其接口电路、IC卡及其读写与供电电路、显示与按键电路、时钟电路、计量与防窃气传感电路、电池电压检测电路、电机驱动控制电路组成的电路部分和由微型直流电机、电动控制阀构成的机械部分。它对用户用气和燃气计量实现智能化控制和管理,省去了靠人工抄表收费的复杂手续。由于采用了超低功耗电路设计和长寿命锂电池,因此可不更换电池而连续工作十年以上。其设计合理,性能先进,功能齐全,使用安全可靠。
文档编号F16K31/00GK2327856SQ98230038
公开日1999年7月7日 申请日期1998年1月14日 优先权日1998年1月14日
发明者周明弘, 肖映前, 袁学文, 何志士, 肖胜前 申请人:长沙市天成科技开发有限公司