遥控式数码燃气表计量收费系统的研究与设计

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开，不能吸合；或常闭，一直吸合）则会出现强磁 保护现象，另一根干簧管单独吸合 ６ 次以后，则判 定为干簧管损坏故障，控制操作同强磁场干扰，其 中故障代码值不同。
图 ４ 数据校验、存储流程图
现干簧管损坏的自检功能。干簧管为磁灵敏开关型
传感器，因此在基表计数拨码盘低位上均匀嵌入 ２
表体的操作全部使用遥控器完成，不需要用户接触 表体，能够避免表体外漏、密封性差、使用不便等 问题。遥控器的设计如图 ５ 所示，通过红外通讯模 块发送数据，其发送的码型结构为“引导码 ＋８ 位数 据码 ＋８ 位数据反码”，发送协议如图 ７ 所示。
图 ７ 发送协议
２．３ 故障分析功能的设计 本文故障分析功能有：当阀门状态为关闭时，
１ 基于明码交换预付费技术的工作原理
本文系统由遥控式数码燃气表、计量收费管理 信息系统组成。遥控式数码燃气表作为计量终端， 是在普通燃气表的基础上加装遥控式数码燃气表控 制装置，并配备遥控器而形成的新型燃气表，具有
收稿日期：２００９－１０－２６ 作者简介：郭晋秦（１９７５ －），女，山西人，讲师，硕士，主要从事自动控制及计算机应用方面的研究。
随着科技发展，远程抄表收费系统和电力载波 系统等纷纷问世。远程抄表收费系统是在普通基表 上加装发讯装置，将采集到的信号通过电缆线传输
到采集器，经处理后通过数据总线并联，并与计算 机通讯实现远程抄表［２］。它解决了人工抄表难的问 题，但是成本高，安装复杂，不能解决用户拖欠费 问题。电力载波系统是通过采集终端将燃气表表头 数据调制后，通过电力线传送，在接收端解调还原 成表头数字信号，在同一台变压器供电范围内用户 统一编址，并由采集器巡回读写。其优点是利用电 力线传输节省资源。但我国电力线路纯净度较差， 在传输过程中经常受无线电、电磁等干扰，特别是 当大功率家用电器启动时，瞬间产生极大的电流， 造成干扰脉冲叠加在电网上，导致传输错码、丢码。
个微型磁钢，再将一个干簧管安装在码盘附近，另
一个安装于靠近外壳处。采用双干簧管轮询计数方
式，使采集数据和基表同步。当 ０．０１ｍ３ 的燃气从燃
气表流过时，两根干簧管分别吸合一次视为一个有
效脉冲，每个脉冲对应 ０．１ｍ３ 的气量。单片机软件根
据有效脉冲个数进行剩余量的自减及累积量的自增。
为提高流量采集的精确性，对各个流速下的脉冲波
３ 计量收费管理信息系统的架构与实现
计量收费管理信息系统采用三层分布式架构， 如图 ８ 所示。
数据层用于定义、维护数据的完整性、安全性，
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它响应逻辑层的请求访问数据，本系统由 Ｓ Ｑ Ｌ Ｓｅｒｖｅｒ ２００５ 来实现。
图 ８ 三层分布式结构
业务逻辑层是界面层和数据层的桥梁，它响应 界面层的用户请求，执行任务并从数据层获取数据， 将必要的数据传送给界面层。它封装了系统应用逻 辑的业务对象，应用系统的大部分计算工作在此完 成。本系统以 Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ．ＮＥＴ 为开发工具，添加 ＤＭ＿ＳｈａｒｅＣｌａｓｓ 类库。这种类是抽象类，实现细节 放在具体子类中，构成一个抽象设计，不同的子类 构成对设计的实现不同［３］ 。本系统设计 １３ 个子类来 完成的功能。其中，Ｉｎｆｏ 类主要封装各类基本信息， 如姓名、编号、类型、小区名、表号、购买信息等； ＭＮＧ 类用来实现各种管理维护功能，包括增加、删 除、修改、查询等；ＭａｎａｇｅｒＢａｓｅ 为按引用列集的远 程对象；ＳｅｒｖｅｒＯｂｊｅｃｔＭｎｇ 为服务器对象服务类完成 远程对象的注册操作；中间层与数据库的连接由 ＤａｔａＭａｎａｇｅｒ 类完成，实现如下：
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先付费后用气、液晶显示、遥控操作、计量精确、安 全保密、欠压关阀、应急透支、状态提示等功能。计 量收费管理信息系统为三层结构的分布式应用软件， 采用模块化设计接口化开发，具有日常维护、档案 管理、交易结算、气量查询、报表统计等功能。计 量终端与管理信息系统之间采用明码交换预付费技 术进行数据交换。
电源为四节 １．５Ｖ 干电池供电。电源模块具有自 行的防电源接反保护，回流保护等功能。匹配 ０．４７ 法拉的超级电容，以支持用户自行更换电池的操作， 如图 ５ 所示。
流量采集模块采用两根干簧管双保护的方法， 以单片机下降沿中断的方式进行电路设计，在硬件 上匹配相应的旁路电容，结合软件处理进行脉冲判 断，保证计量的精确性，解决磁场干扰问题，又实
遥控式数码燃气表计量收费系统的研究与设计
Research and design for gas meterage system
郭晋秦１， 韩 焱２， 董瑞玲３
ＧＵＯ Ｊｉｎ－ｑｉｎ１， ＨＡＮ Ｙａｎ２， ＤＯＮＧ Ｒｕｉ－ｌｉｎｇ３
（１． 太原工业学院 自动化系，太原 ０３０００８；２． 中北大学 电子测试技术国家重点实验室，太原 ０３００５１； ３． 太原理工大学 继续教育学院，太原 ０３００２４）
形进行分析，用软件进行防抖
动处理，并根据最小二乘原理
进行多元线性回归分析［２］，回
归系数采用 Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解法计
算。当外界有强磁场时，两根
干簧管同时吸合，则判定为干
扰或恶意磁攻击，放弃该次计
数，并关阀，蜂鸣器报警 ３ 声，
液晶显示当前故障代码，且遥
控器启动或查询都不能打开阀
门。当检测 １０ｓ（可设置）内无
［１］ Ｄｅｎｎｙ Ｒａｄｆｏｒｄ，Ｎｅｗ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｅｎａｂｌｅ Ｌｏｗ Ｃｏｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ａｎｄ Ｃｏｍｍｅｒ－ ｃｉａｌ Ｕｓｅ，ＩｎｔｅｌＬｏｎ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｒｔｉｃｌｅ，１９９７．
如果监测到流量脉冲则视为漏气；如果８０秒产生两 个有效的脉冲，则视为过流。每种故障出现时，均 由蜂鸣器报警并以代码形式在液晶屏上显示，不但 起到预警作用，能有效避免大型事故的发生，而且 使管理人员通过电话询问就可确定故障原因，然后 根据计量收费管理信息系统出具的解决码，指导居 民自行解决问题，大大减少维护成本。
如图 １ 所示，用户缴费购气时，通报户名、购 买量或其他相关信息就可付费实现购买，获得由计 量收费管理信息系统用加密算法生成一组数字明码 作为购买码。然后，用遥控器向数码燃气表输入明 码完成充值。数码燃气表自动接收明码并将其转换 为新购量等数据参数。数码燃气表控制器与计量收 费管理信息系统总是保持对应和同步，它将接收到 的明码进行解码校验，并同表内各计量数据经严密 计算，转换为具体的新的信息，如：剩余气量、累 计用量等。最后由此执行多种控制指令，如：当剩 余量低于给定值时，自动产生报警蜂鸣，提醒用户 购气；当剩余量为零时，自动关闭阀门，停止供气； 当再次接收到正确明码后，开阀通气，透支气量自 动核减。
图 ９ 收费窗口
图 １０ 收费子系统流程图
表的技术缺陷，提高了数据交换的安全性、可靠 性；使用遥控器操作，简单便捷；而且能够与银行、 电信、移动等系统轻松接入，以多种形式出具购买明 码，为居民建立多种缴费和查询途径，能够实现足不 出户、２４ 小时随时随地交费购气。有效解决了公共 事业抄表难、收费难、管理难和节约用气等问题。 参考文献：
摘 要：本文以燃气表计量收费系统为研究对象，详细论述了遥控式数码燃气表计量收费系统的整体
方案。阐明了基于 ＭＳＰ４３０ 单片机的遥控式数码燃气表控制装置的硬件结构和软件实现，提出
了低功耗、抗干扰的措施，介绍了计量收费管理信息系统的分布式架构和功能实现。系统采用
明码交换预付费技术进行数据交换，既能提高信息安全性，又能建立多种缴费途径，可实现 ２４
图 ２ 控制装置的组成
２．１ 主要模块的设计与实现 ＭＣＵ 采用 ＭＳＰ４３０Ｆ４１３ 单片机。它是一种超低
功耗 Ｆｌａｓｈ 型 １６ 位 ＲＩＳＣ 指令集单片机，具有丰富的 片内外围，工作电压为 １．８Ｖ～３．６Ｖ，内置液晶驱动 ２４ × ４ 段，可以缩小体积、降低成本，特别适合应 用在各种要求低功耗的场所。
明码交换预付费技术是使用由计算机自动生成 的代码来交换预付的购买数据及相关信息参数。明 码是指代替某种含义的数码，对用户可见，具有编 码和密码的双重含义，由计算机根据加密规则进行 编码，再由计量终端控制装置进行解码，编码和解码 的一一对应，从而用数字代码完成交费功能。在数据 交换过程中无需载体，不受外界干扰，避免了 ＩＣ 卡 存在的安全隐患，是安全可靠的一种预付费方式。
本文给出的遥控式数码燃气表计量收费系统主 要用于对管道煤气、液化石油气、天然气等进行计 量、控制和交易结算管理。适合于“先付费，后用 气”的集中供气管理体系，不需卡载体，计量精确， 安装简单，遥控操作使用便捷，且能够与银行、电 信、网通、移动、联通等系统进行接口以多种形式 出具购买码，为居民建立多种缴费和查询途径，可 实现 ２４ 小时足不出户随时随地交费购气。
强磁干扰时，认为干扰磁场移
开，才能开阀。软件中累计磁
攻击的次数，当累计次数大于
６ 以后，启动或查询都不能直
接开阀，必须通过解锁码进行
验证后，才可清除故障记录和
故障次数记录，然后开阀。当
图 ５ 遥控器
某根干簧管损坏（现象为常
图 ６ 电源监测模块
２．２ 红外通讯模块与遥控器 由于燃气表的安装高度及环境有严格规定，对
表示层又称界面层，为用户提供可视化界面， 本文分为三个子系统，收费子系统的窗口设计与流 程图如图 ９、图 １０ 所示 。
４ 结束语
遥控式数码燃气表计量收费系统已研制成功， 相关技术取得了发明专利，并已投入生产运行，在 实际应用中取得了良好效果。其创新点为：在数据 交换过程中无需载体，不受外界干扰，避免了 ＩＣ卡
液晶显示模块采用定制的段码式液晶屏，直接 由单片机驱动，用于显示气量信息及状态信息如图 ３ 所示。液晶显示作为输入输出的接口界面，具有重 要作用，为提高显示效果，在常规设计的基础上增 加了必要的滤波器件。