民用IC卡智能燃?xì)獗砘驹砑坝嬃總鞲衅骱喗?/h1>

摘 要

民用智能燃?xì)獗硎且环N利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、及控制技術(shù)對用氣量進行計量并進行用氣控制、數(shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型燃?xì)獗?。具有計量?zhǔn)確，性能可靠，使用安全方
民用智能燃?xì)獗硎且环N利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、及控制技術(shù)對用氣量進行計量并進行用氣控制、數(shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型燃?xì)獗怼?/span>具有計量準(zhǔn)確，性能可靠，使用安全方便等特點，作為民用燃?xì)饨K端計量設(shè)備，可降低燃?xì)馄髽I(yè)經(jīng)營管理成本，有效提高供氣企業(yè)的信息化和科學(xué)化管理水平。
民用智能燃?xì)獗戆礆饬枯斎敕绞接薪佑|式和非接觸式，按顯示方式有單顯表、雙顯表，按控制閥門安裝位置分一體式和分體式，按數(shù)據(jù)傳輸方式有無線遠(yuǎn)傳式和有線集抄式，按數(shù)據(jù)卡分有邏輯加密卡和CPU卡等，其計量工作原理大致相同，均由基表、采樣部件（傳感器）、信息載體（如IC卡、CPU卡、無線等）、計量電路、主電路控制系統(tǒng)以及氣路通斷控制電機閥、顯示提示裝置及電源（電池）等組成。下面以IC卡智能燃?xì)獗頌槔榻B其基本工作原理：
一、IC卡燃?xì)獗淼挠布糠旨白饔茫?/span>
1、基表：燃?xì)饬髁康脑加嬃科鳎?/span>智能燃?xì)獗淼挠嬃烤戎饕苫韥肀ＷC，民用智能燃?xì)獗硪话氵x用符合GB/T6968-1997《膜式煤氣表》規(guī)定的B級皮膜表作為基準(zhǔn)計量器。
2、控制器：控制器一般由計量傳感器電路、微功耗單片機、微功耗閥門、電壓測試電路、防竊氣電路等部分組成(如圖所示)。具有精確記數(shù)功能、功能卡傳輸媒介功能、閥門自動處理功能、非法操作處理功能、欠壓處理功能、掉電處理功能、數(shù)據(jù)下載功能、數(shù)據(jù)顯示與聲音提示功能等。采用單片機對傳感器的脈沖進行計量、分析處理，并驅(qū)動相應(yīng)的部件進行控制。主要包括CPU、讀寫卡接口、顯示、計數(shù)等輔助部件，是IC卡燃?xì)獗淼暮诵脑O(shè)備。
 
3、控制閥：在控制電路的驅(qū)動下控制燃?xì)獾耐〝?。主要分電磁閥和電機閥：電磁閥主要在早期分體式產(chǎn)品上采用，由電磁線圈產(chǎn)生的磁力來控制閥門的開啟或閉合，存在抗干擾能力差，閥門動作瞬間電流大，閥門動作不到位，體積較大，易人為破壞等問題。電機閥由直流電機來控制閥門的開啟或閉合，具有抗干擾能力強，閥門動作到位好，體積小，易內(nèi)置?，F(xiàn)在民用智能燃?xì)獗碇饕捎秒姍C閥為主。
4、IC卡卡片：記錄購氣量，傳遞燃?xì)獗頂?shù)據(jù)信息。
5、電源部分：為智能燃?xì)獗碚麢C提供能源，主要有堿性電池或鋰電池。
二、IC卡智能燃?xì)獗砉ぷ髟恚?/font>
以IC卡作為信息載體，用戶購氣時，所購氣量數(shù)據(jù)被寫入IC卡中，用戶將IC卡插入燃?xì)獗砩系目刂破鲀?nèi)，氣量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入控制器中，卡即可取出；當(dāng)基表運行時，由計量傳感器將燃?xì)獗磉\行時的單位體積量轉(zhuǎn)化為計量脈沖當(dāng)量，通過計量電路對數(shù)據(jù)進行計量并從預(yù)購氣量中自動扣減；當(dāng)表內(nèi)剩余氣量小于預(yù)先設(shè)定的報警氣量時，給出顯示提示和聲音報警，提示用戶及時購氣；當(dāng)剩余氣量為零時，關(guān)閉閥門，用戶重新購氣插卡打開閥門用氣。當(dāng)有外部電磁干擾、電池電量不足或超出流量設(shè)定值時，通過主電路控制系統(tǒng)關(guān)閉電機閥。在排除外部影響因素后，電機閥打開，用戶正常用氣。
三、常用計量傳感器簡介：
計量傳感器（采樣部分）承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的作用，是將基表的計量體積量轉(zhuǎn)化為單片機可處理的脈沖量，對IC卡智能燃?xì)獗淼挠嬃繙?zhǔn)確性有著舉足輕重的作用。由于IC卡燃?xì)獗戆惭b位置一般處于廚房等溫差較大的高濕環(huán)境中，傳感器必須保證采樣的可靠性和準(zhǔn)確性。在實際應(yīng)用中由于計量傳感器出現(xiàn)問題會引發(fā)如基表與控制器氣量不符、控制器不計量、不過氣等故障現(xiàn)象。會嚴(yán)重影響燃?xì)獗淼恼Ｊ褂谩?/span>
在IC卡智能燃?xì)獗砩铣Ｓ玫挠嬃總鞲衅髦饕袡C械簧片式，干簧管傳感器，霍爾傳感器，光電傳感器等。
機械觸點采樣在最早期的智能燃?xì)獗碇杏羞^采用，由設(shè)置在基表計量數(shù)輪上的凸塊觸動彈性簧片接觸產(chǎn)生脈沖，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、抗電磁干擾的特點，但也存在抗腐蝕性差，采樣可靠性低，故障率高，且需對觸點部位采取防爆隔離處理等缺點，已被淘汰。
霍爾傳感器是一種磁傳感器，以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)。當(dāng)粘貼在基表運動齒輪或計數(shù)齒輪上的磁體經(jīng)過霍爾傳感器時產(chǎn)生計量脈沖。霍爾傳感器具有無觸點、無磨損、結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。輸出波形清晰、無抖動、無回跳等特點。但需要額外的電源電路對其供電，其輸出信號弱，需要加放大電路。同時靜電放電（ESD）可能損壞霍爾傳感器，對電磁干擾和溫度較敏感。主要應(yīng)用在單顯示表及采樣頻率要求較高的燃?xì)獗碇小?/span>
 
光電采樣是利用在基表的運動齒輪或計數(shù)齒輪上的小孔（對射型）或粘貼的反光點（反射型）來觸發(fā)光電傳感器進行采樣，光電傳感器由發(fā)射器、接收器和檢測電路三部分組成。發(fā)射器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。接收器有光電二極管或光電三極管組成。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和輸出該信號。光電傳感器具有可靠性高，抗干擾能力強，抗腐蝕等特點，但成本相對較高，采樣部分要求不間斷供電，工作時對環(huán)境條件要求較高，強光對其易產(chǎn)生干擾等，只在對采樣精度要求較高或智能表使用環(huán)境電磁干擾較強的產(chǎn)品上使用。
    在智能燃?xì)獗碇惺褂玫墓怆妭鞲衅髦饕獮閷ι湫秃头瓷湫?。受基表?nèi)部安裝空間所限，一般選用反射型光電傳感器。
 
干簧管傳感器采樣屬于電磁采樣技術(shù)，具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單，采樣可靠性高，成本低，無磨損元件，對環(huán)境要求低，其最大的特點是不工作時不耗電。但其抗電磁干擾能力較差，需要采用相應(yīng)的抗電磁干擾技術(shù)。目前IC卡智能燃?xì)獗沓刑厥庖笸?，均選用干簧管傳感器進行采樣。下面對干簧管傳感器采樣工作原理進行簡要介紹：
干簧管由一對由磁性材料制造的彈性磁簧組成，磁簧密封于充有惰性氣體的玻璃管中，磁簧端面互疊，但留有一條細(xì)間隙。磁簧端面觸點鍍有一層貴金屬，使開關(guān)具有穩(wěn)定的特性和延長使用壽命。
 
在雙顯示智能燃?xì)獗碇?，一般采用在基?.01位計數(shù)輪上安裝小磁體，當(dāng)燃?xì)獗磉\轉(zhuǎn)時，磁體運動到干簧管傳感器部位時干簧管簧片吸合，磁體離開時，簧片分開，產(chǎn)生計量脈沖，由于0.01位計數(shù)輪每轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生一個脈沖，故每個脈沖代表0.1m3燃?xì)怏w積，這個值稱為脈沖體積當(dāng)量。在單顯示智能表中，由于取掉了基表的機械計數(shù)部件，一般采用在基表內(nèi)部傳動齒輪上安裝小磁體，通過干簧管傳感器采集脈沖并將脈沖引出表體。采樣部位不同，每個脈沖當(dāng)量代表的燃?xì)怏w積也不同。一般來講，內(nèi)部采樣頻率遠(yuǎn)高于外部采樣頻率，采樣精度可更高，可達到0.0001m3甚至更高。對單顯示智能表，可通過調(diào)整脈沖體積當(dāng)量，實現(xiàn)在線校表。
四、干簧管傳感器在智能燃?xì)獗聿蓸討?yīng)用中需注意的問題：
1、電磁干擾：由于干簧管屬于磁敏感器件，電磁干擾對其采樣的可靠性有著很大的影響，故對干簧管傳感器應(yīng)設(shè)計防電磁干擾電路（防竊氣電路），一般采取加裝單獨的防電磁干擾干簧管或采用雙干簧管采樣技術(shù)。
2、脈沖當(dāng)量的選擇：對于IC卡智能燃?xì)獗韥碇v，脈沖當(dāng)量多選擇在0.1-0.0001之間，過大則不易在上門尋檢時及時發(fā)現(xiàn)控制器不減數(shù)的故障表，過小則會使采樣頻率大大增加，降低了干簧管使用壽命。采樣頻率與采樣點的選擇位置密切相關(guān)，一般帶顯示字輪的雙顯示智能燃?xì)獗聿蓸狱c均選擇在基表計數(shù)輪0.01或0.001輪位，每個脈沖相當(dāng)于0.1 m3或0.01 m3燃?xì)?；對單液晶顯示表，由于取消了基表計數(shù)輪，為達到燃?xì)獗碛嬃繖z定的要求，采樣頻率要遠(yuǎn)高于雙顯表，每個脈沖相當(dāng)于0.0001 m3燃?xì)猓?，?yīng)選用可靠吸合次數(shù)大于108以上的干簧管。
3、干簧管的抖動；當(dāng)磁體停止運動時位置正好處于干簧管吸合的臨界點處，當(dāng)受外界的震動等因素影響，會使傳感器產(chǎn)生非計量脈沖，需要在采樣電路中增加消抖動電路或采用雙干簧管傳感器采樣來消除干簧管抖動對計量數(shù)據(jù)的影響。
五、幾種傳感器的比較：
傳感器類型
優(yōu)   點
缺 點
備 注
機械觸點式
結(jié)構(gòu)簡單，抗電磁干擾，成本低
采樣可靠性差，抗腐蝕性能差，故障率高，防爆性能差。
已不采用
干簧管
傳感器
結(jié)構(gòu)簡單，成本低，壽命長，不工作時不耗電，采樣可靠性高，
需加裝防電磁干擾電路和防抖動電路，
現(xiàn)有智能燃?xì)獗淼闹饕蓸臃绞?/font>
光電傳感器
體積小，安裝方便，響應(yīng)速度快，采樣可靠性高，無抖動，抗電磁干擾，
需額外供電，成本較高，怕灰塵，對環(huán)境要求較高。易受強光干擾，
使用在電磁干擾較大的場合，在智能電表中使用較多
霍爾傳感器
結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。無觸點、無磨損、無抖動、無回跳。
需額外供電，輸出信號需放大，需加裝抗電磁干擾電路，
應(yīng)用于振動較大及灰塵、水汽較大的環(huán)境
 
 
(本文作者：郭延宏 蘭州燃?xì)饣ぜ瘓F有限公司)