基于单片机的智能煤气表系统的设计
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基于单片机的智能煤气表系统的设计
作者：王淑晶
来源：《科技创新导报》 2013年第20期
王淑晶
（吉林新立德部件有限公司实验室 吉林长春 130033）
摘 要：本文介绍了一种以单片机AT89S52为核心的智能煤气表系统的设计方案，阐明了该系统的总体结构和各模块的功能。本系统可以实现煤气表用量显示、实时计费、智能卡余额查询、智能卡余额为零自动断气、报警、手动控制等功能。增加了用户使用的方便性和减少燃气管理的费用。
关键词：单片机 煤气表 智能卡 预付费
中图分类号：TP27 文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2013)07（b）-0000-00
城市管道煤气已逐渐进入千家万户，煤气作为一种清洁和高效的能源得到了广泛的使用。做为计量煤气用量的煤气表也随之产生，传统的入户抄表、收费和管理往往投入过多的人力、物力和财力，基于此设计了一种基于单片机的智能煤气表系统，从而解决了传统煤气表的弊端。
1 总体方案
本设计方案框图如图1所示，它是由单片机、掉电储存模块、流量采集模块、射频卡模块、漏气检测模块、电源监控模块、电磁阀驱动模块、键盘、显示和电源等组成。
本设计使用AT89S52单片机为核心，通过流量传感器对煤气量进行测量，并在液晶显示器显示用气量和智能卡内预存费。当预存费用完时，将会驱动电磁阀关闭。同时，系统还配备了电源监控保护模块和掉电存储电路，当系统由于供电设备或其他问题而断电时，会将程序正在运行中产生的重要数据保存到外置存储器中。采用燃气传感器MQ-9检测空气中的煤气浓度，当浓度超标时，进行声光报警。系统还配有键盘输入模块满足人们对燃气表的手动控制。
2 电路设计
2.1 单片机
本系统是一个以STC89C52为核心的单片机最小体统，STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8为微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使用STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
2.2流量测量电路
流量检测模块采用霍尔元件A44E，它是一种电磁传感器，具有稳定性好，抗干扰能力强的能力等优点。其具体工作原理是：测量时将A44E磁铁固定在机械仪表的涡轮上，A44E内部的磁检测部分会随着涡轮转到不同的位置磁场强度信号不同，会输出交替变化的数字信号，再由单片机根据涡轮旋转一周煤气的流量大小计算出管道内的煤气流量。、霍尔元件A44E的1脚为电源，2脚接地，3脚是信号端，输出数字流量信号，在具体电路中需要外接5.1K的上拉电阻。
2.3 显示电路
液晶显示器用以显示账户余额以及所用煤气流量。本系统采用RT1602液晶显示器。通过单片机P0口接10K的上拉排阻与LCD的八路数据线对应连接，传输需要显示的数据。同时该电路设计了液晶显示的电源控制端口，可以通过程序设置P1.3口的电平高低，控制三极管Q1的通断来决定是否开启液晶显示，用以节省电源。液晶显示器的RS、R/W、E三端分别由P1.0、P1.1、P1.2口控制，控制LCD的读写操作以及其他命令的执行。背光通过一个10K的电调节。
2.4 掉电存储电路
本系统防止突然停电造成影响，加以掉电存储模块。系统采用AT24C02芯片，该芯片支持I2C总线，存储容量为2KB。掉电存储电路如图2所示。当系统由于电源或其他原因突然断电后，电源监控模块检测到后，系统根据程序控制，对AT24C02进行写操作，将程序正在运行的数据或其他重要数据保存到外部存储器中，系统恢复供电并复位后，将根据程序设计把存储器中保存的数据重新载入单片机内部RAM中，供运行使用。
2.5 智能IC卡接口电路
利用单片机的串行通信I/O口就可以与读卡器模块进行通信。该设计中是将MAX232第9、10脚的R2OUT和T2IN两端分别接到单片机的P3.0和P3.1口，通过编程实现数据的传输。2.6
电源监控系统
在程序执行中,保证在1.6s内WDI发出一负脉冲,在正常运行时,RESET信号不会有效。如果程序跳飞盲目运行,那么1.6s内没有负脉冲,RESET信号有效，使单片机复位。电路如图3所示。
2.7 电磁阀控制电路
当用户余额为零，或者某种原因使系统工作不正常或不工作时，单片机P2.2口输出低电平，驱使三极管导通，电磁阀关闭的阀门，实施声光报警。
2.8 煤气泄漏检测电路
MQ-9气体传感器所使用的气敏材料是清洁空气中电导率较低的二氧化锡。采用高低温循环检测方式低温（1.5V加热）检测一氧化碳，高温（5.0V加热）检测气体甲烷。当传感器MQ-9检测煤气浓度过高时，传感器的等效电阻会变小，传感器输出信号经过反向施密特触发器整形，送给单片机。P2.6为加热电压控制端。煤气泄漏检测电路如图4所示。
2.9 声光报警电路
当系统余额不足或者检测煤气泄漏时，单片机P2.7输出低电平，发光二极管发光；同时P2.5口输出低电平，三极管导通，电铃响，实施声音报警。报警电路如图5所示。
3 结论
本系统设计的智能煤气表控制简单，设计中采用非接触式智能卡模块实现预付费功能，并有严谨的保护和防作弊功能。设计的智能IC卡煤气表，实现了煤气收费管理的电子化和信息化。
参考文献
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