低功耗预付费智能燃气表的研制

　　0 引言

　　多年来，居民使用燃气的计费一直采用人工定期抄写燃气消耗数据，经计算后收取费用的方法。此方法存在着工作量大，收费时间长，收费困难，效率低等问题。而且对于恶意欠费的用户，管理部门很难采取快速有效的措施，限制其使用燃气。该表实现了先进的预付费功能，并且具备完善的防作弊措施，有效地解决了上述问题。而且采用了多种方法提高预付费智能燃气表[1,2]在实用中的可靠性，实现了燃气收费管理的电子化，信息化，网络化。

　　1 工作原理

　　预付费智能燃气表首先通过流量计中的磁敏元件干簧管，将气量转换为电脉冲信号，脉冲信号经整形、光电耦合隔离后输入到单片机进行计量。用户到燃气公司各收费管理站交费购气，回来后把存储燃气量的IC卡插入用户的智能燃气表中，单片机控制系统经密码比较有效后读取气量，开启电机阀允许用户用气，同时将IC卡清零。随着用户用气，非易失存储器中的气量减少，在气量被用完之前，系统将提示用户续卡。

　　2 系统功能

　　1)加密功能：本预付费智能燃气表使用逻辑加密 IC 卡，保证一表一卡，非本表 IC卡和其他无效卡插入无效。

　　2)控制功能：依据交费和用气情况，控制气路的开闭。

　　3)显示/提示功能：采用液晶显示器实时显示剩余可用气量，声光报警提示电池欠压、IC卡无效等功能。

　　4)欠压检测与防窃气功能：当系统电源电压不足时提示用户需更换电池，当用户私开表盖时，系统将关闭电机阀，防止用户非法窃气。

　　2 硬件设计

　　预付费智能燃气表的硬件组成结构如图1所示，其中包括主控 MCU 芯片[3,4]、燃气采集电路、电机阀控制电路、LCD显示与声光报警电路、电源保护及欠压检测电路、E2PROM及看门狗等。

　　2.1 燃气流量信号的检测

　　为了保持原有机械式燃气表的计量精度，通常智能燃气表的流量检测是通过检测其字轮旋转的圈数来实现的，将流量变换成脉冲数，再送至单片机进行计量。本设计中选用的是基于干簧管原理的脉冲式流量计，采用日本OKI 公司 ORD9216干簧管的，其功耗较小，且成本很低。

　　干簧管[5,6]由于体积小、重量轻、耐腐蚀、耐磨损、抗干扰，寿命长、成本低等优点，可以用作位移、液位，风压、流速、转速等的测量。本课题中选择一个长方形永久磁铁作为磁场，将磁铁安装字轮上，将干簧管安装在计数器的外壳上，字轮旋转一周，干簧管吸合释放一次。记录干簧管吸合的次数，就可以进一步计算出燃气的流量。