用AT89C2051设计的智能煤气表的思路与原理

现在的城市基本上都在使用管道的煤气或管道天然气，而其计量的煤气表的抄表和统计收费就是一个很庞大和头痛的问题，一些困难是可想而知的。为了解决收费抄表等问题，现在已经有一些智能的煤气表开发使用了，具体有两种：
一类是参考IC卡电能表利用电磁阀来控制用户煤气管道，而它实现上不现实，主要是供电问题。
另一类是户外抄表形式，无需电源只在常规表具数码盘上加入BCD码输出电路，将表头上每一位数码接至串行输出电路即可。抄表时只需将手持抄表器插入户外插头即可，但不能实现远程抄表和预收费功能。

但采用2051单片机来设计的这款预收费功能的智能煤气表可以是一种有效的解决方法之一。
一、结构原理
所谓预收费智能煤气表就是需要先交钱后用气的煤气表。为了人性化管理，煤气表只是提醒用户交钱，不会因用户超过预付款而停止供应煤气。但会督促用户及时付款。其主要功能有：
1、检测煤气表的读数，并显示给用户。
2、进行用气情况存储和用气报警；
3、与煤气管理计算机系统进行信息交换，实现抄表、报表的功能。
预收费智能煤气表的结构框图如下：

读数传感器把煤气表的实际读数从煤气表中取出，再送到 单片机 AT892051中去处理，这是关键。单片机在读取煤气表的气量后，就把数据存储在电可改写存储器EEPROM中，停电后也不会丢失数据，而管理系统可以通过串行通信来访问EEPROM进行比较和管理。
LCD显示用于显示用户所用的煤气量以及用户预付余款所对应的煤气量。很显然，LCD是用户用于监视用气情况的。一般的机械表是只能显示历史用气的总量，无法详细显示详细的用气状况的，但用了 单片机 就可以完成这些功能的。
声音报警电路是一种安全防范的预报电路。在用户的煤气量接近预付款所对应的煤气量时，则产生报警，从而提醒用户及时付款。可以设置透支用气要交违约金的方式来提高报警提醒的作用。
智能煤气表只是煤气管理系统的一个检测终端。所以每台都需要通过串行接口和计算机的管理系统的主机相连。因此需要串行转换电路来把 单片机 的串行信号转化为标准的RS-485信号，以供管理的主机的串行接口接收和发送。采用标准的RS-485协议可以提高互换性和维护的方便。

二、主要电路原理
1、读数传感器电路

智能煤气表对煤气的计量原理不改变的，计数数码盘也不改变。因此计量的精度是不变的，为了取得数码盘上的数据须加读数传感器，在次我们采用永磁铁和干簧管组成，其取数原理如图，用户使用煤气时，表盘是转动的，这样粘贴在上面的磁铁就一起转动，当它转到干簧管P1时，P1闭合，此时使 单片机 的INT0产生中断，当转盘继续转到P2时，INT1产生中断，利用这种方式来取得一周的数据，读数分辨率决定于磁铁安装在哪一位的表盘上，一般可以将磁铁放在煤气表的小数点后的第二位转盘上就可以了，由于采用了两个干簧管，分辨率可以达到0.05立方米，如只用一个干簧管，就是一个中断处理的话就到0。1了。
2、用气量存储器
防止 单片机 异常等情况发生时能正常工作，这里采用X5045，带看门狗的存储器，容量为512字节，可以满足存储的要求了，具体使用可以参考单片机与电子制作网中的相关网页介绍。
3、按键接口电路
在此智能煤气表中采用2个按键，一个是复位，一个是查询。
复位按键就是使 单片机 复位的，接VCC和单片机的RST脚即可；按下后执行初始化和自检功能。
查询为接T0和GND端，使用计数中断来进入查询程序，使用户可以查看自己的用气情况。
4、远程通信串行接口电路
煤气计算机管理系统是一个信息采集管理系统，它由主机、串行通信线路和智能煤气表组成。主机是一台微型计算机系统，串行通信采用RS-485标准协议。智能煤气表是系统的终端，检测方式采用广播方式，由于智能煤气表采用8位 单片机 ，所以单个系统最多可以接256个智能煤气表。
一般情况下，当RS-485总线存在短路、开路、简单空闲时，差分总线电压为0V，所以在故障情况下的接收器的输出状态是不确定的，为此MAXIM公司把阀值通过芯片内整定为-50MV和-200MV，由于上限阀值为-50MV，而故障时为0V从而保证使接收器内产生逻辑“1”。
单片机 与主机通过485通信采用半双工工作方式，单片机平时处于接收状态，等待主机的查询信号。当接收到串行口中断信号时，则单片机进行分析，首先判断第9位是否为“1”，是则是地址串行中断，然后再判断是否为本机的地址，是则传送本机数据到主机，完了马上回到接收状态，等待下次查询。
5、电源及供电问题
每个单元有256个用户组成，采用集中供电的方式解决，就是和485的通信线一个电缆即可。4根线解决，电源和485通信做在一个插头和插座上。。。。方便实用。当然最好是在套系统中增加一个备用电瓶防停电。