CN202914856U - 一种电容式断线关阀控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种断线关阀控制器，包括：超级电容充电电路单元、超级电容升压电路单元、继电器控制回路单元和关阀控制逻辑电路单元；其中，所述超级电容充电电路单元、超级电容升压电路单元、继电器控制回路单元串联，所述关阀控制逻辑电路单元与所述继电器控制回路单元连接，保障在外部电源被切断的情况下，阀门能自动关闭，进而提高断线关阀控制器的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及控制器，特别涉及一种电容式断线关阀控制器。
背景技术
水表作为供水企业与用户进行结算的唯一计量器具，在供水系统中起着极其重要的地位，尤其是大口径水表(简称为大表)的管理，更是举足轻重，所谓大口径水表是指公称口径50mm以上的水表。现有的智能IC卡大口径水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。这与传统水表一般只具有流量采集和机械指针显示用水量的功能相比，是一个很大的进步。一般应用于社区、村庄、企业等总用水量的计量。
在现有的IC卡大口径水表断线关阀应用中，当IC卡大口径水表的外部电源被切断时，镍氢电池会给断线关阀提供电力，以保证断线关阀控制器的工作，由于镍氢电池在放电过程中容易析出大量氢气，当氢气达到一定浓度时，一旦与空气发生接触，就会发生爆炸，严重危机人身和设备安全，进而断线关阀控制器也不能正常工作。因此，大口径卡表应该在发生断线情况下及时关闭阀门，避免危险的发生。
所以，如何提供一种电容式断线关阀控制器，能够解决上述技术问题，成为亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是如何提供一种断线关阀控制器，保障在外部电源被切断的情况下，阀门能自动关闭。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种断线关阀控制器，包括：超级电容充电电路单元、超级电容升压电路单元、继电器控制回路单元和关阀控制逻辑电路单元；其中，所述超级电容充电电路单元、超级电容升压电路单元、继电器控制回路单元串联，所述关阀控制逻辑电路单元与所述继电器控制回路单元连接。
优选地，进一步包括：充电指示单元，与所述超级电容充电电路单元连接。
优选地，所述超级电容为法拉电容。
优选地，输入电压介于7.5至12V之间；充电电压为4.2V。
与现有技术相比，本实用新型的特点在于：本实用新型提供的一种断线关阀控制器是基于超级电容储能备电原理，平时由卡表供电源向超级电容充电，当发生断线致使供电中断时，由超级电容向负载放电，其放电能量足可以驱动电机关闭阀门，因此，本实用新型提供的断线关阀控制器，在保障在外部电源被切断的情况下，阀门能自动关闭；而且提高了断线关阀控制器的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例和现有技术中的技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的一种电容式断线关阀控制器的结构框图。
具体实施方式
下面将接合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参考图1所示，图1是本实用新型提供的一种电容式断线关阀控制器的结构框图。
本实用新型提供的断线关阀控制器，包括：超级电容充电电路单元、超级电容升压电路单元、继电器控制回路单元和关阀控制逻辑电路单元；其中，所述超级电容充电电路单元、超级电容升压电路单元、继电器控制回路单元串联，所述关阀控制逻辑电路单元与所述继电器控制回路单元连接。
本实用新型的工作原理是：在IC卡大口径水表直流电源正常供电时，向断线关阀控制器提供一个VIN=+12V电压。该电压使继电器吸合并通过触点接通采集器控阀信号，使得采集器对电动阀进行开关阀操作。与此同时，VIN电压通过超级电容充电电路向两个串联的电容充电，充电压为4.2V，充电电流限制在1A，充电时间由电容量、充电流和充电压共同决定。对于110法拉电容器，充电时间大约为420秒。在充电过程中，如果电容器电压达到LED门限值（约1.6V），LED灯点亮。当充电结束时，LED灯熄灭，表示电容器电压已充至4.2V，同时充电停止。电容器在备用状态下会自然放电，只要低于放电门限，充电电路自动打开并再次充电。在充电过程中，超级电容升压电路处于关闭状态，仅消耗很小的漏电流。
当VIN电源断线或短路时，由于继电器无电而释放，此时继电器触点断开采集器的控阀回路，而接通断线关阀控制器的关阀控制逻辑单元，所述关阀控制逻辑单元根据下述三个条件判断是否执行关阀操作。
1、输入电压失电，VIN=0；
2、当前阀门处于开阀状态，开阀状态信号VOPS=0,关阀阀状态信号VCLS=1；
3、电容器电压已充满，充电指示CHRG=1。
如果以上三个条件均符合，则超级电容升压电路单元被打开，将电容器电压4.2V升至+12V输出，通过继电器控制回路接通阀电机进行关阀操作。关阀到位后，自动关闭超级电容升压电路单元，使升压电路输出为0V。当VIN电压恢复正常后，以上工作过程重新开始。
当电源失电并进行一次关阀操作后，如果电源恢复正常，断线关阀控制器将不能进行开阀操作，这需要由IC卡大口径水表的控制器重新下发开阀指令。
所述超级电容充电电路单元是由LTC4002-4.2锂电池专用开关充电芯片和外接PMOS管组成。该充电芯片具有宽输入电压（4.7～20V），恒压（4.2V）/恒流（1～1.2A）充电特性，并具有限流、欠压和过热保护，非常适合向电容器充电。
所述电容器是采用2只2.3V/220F串联为耐压4.6V/110F，或2只2.3V/470F串联为耐压4.6V/235F，这两组电容均可以满足驱动电动阀的电流要求。
所述超级电容升压电路单元是通过MAX668开关电源芯片和NMOS管构成，能将低至2V电压升至12V，最大输出电流可达2A。更大电流输出可通过选择大功率的MOS管实现。
所述关阀控制逻辑单元是通过D触发器、电压比较器和或门构成。其中D触发器用于阀位状态；比较器用于检测VIN电压；或门用于将检测的阀位和电压信号相或后，通过MOS管控制MAX668打开或关闭。
所述继电器控制回路单元，用于接通或断开控阀回路。在正常供电情况下，由于继电器得电吸合，所以断线关阀回路断开，而采集器控阀回路接通。在断线失电情况下，由于继电器失电释放，所以断线关阀回路接通，而采集器控阀回路断开。这样，保证无论是正常开关阀还是断线关阀操作，均不会产生任何影响。
关阀控制逻辑单元在执行关阀操作时需要检测阀位状态，以保证在开阀状态时进行关阀操作，而在关阀状态时不进行操作。阀位检测是由JK触发器（采用D触发器）构成，通过关阀信号及充电信号置位D触发器，使Q端输出为1，禁止进行关阀操作；而通过开阀信号复位D触发器，使Q端输出为0，允许进行关阀操作。
电压检测是通过一个比较器进行，参考电压为1.34V。当输入电压高于11V以上时，比较器输出为高电平，否则输出为低电平。在比较器输出为低电平时，如果D触发器输出也为低电平，通过或门打开升压电路。
当电源失电并进行一次关阀操作后，如果电源恢复正常，控制器将不能进行开阀操作，这需要由卡控制器重新下发开阀指令。
超级电容充电电路可以是LTC4002-4.2锂电池专用开关充电芯片和外接PMOS管。该充电芯片具有宽输入电压（4.7～20V），恒压（4.2V）/恒流（1～1.2A）充电特性，并具有限流、欠压和过热保护，非常适合向电容器充电。
电容器可以采用2只2.3V/220F串联为耐压4.6V/110F，或2只2.3V/470F串联为耐压4.6V/235F，这两组电容均可以满足驱动电动阀的电流要求。
超级电容电压可以是MAX668开关电源芯片和NMOS管，能将低至2V电压升至12V，最大输出电流可达2A。更大电流输出可通过选择大功率的MOS管实现。
关阀逻辑控制单元可以是D触发器、电压比较器和或门。其中D触发器用于阀位状态；比较器用于检测VIN电压；或门用于将检测的阀位和电压信号相或后，通过MOS管控制MAX668打开或关闭。
继电器控制回路单元用于接通或断开控阀回路。在正常供电情况下，由于继电器得电吸合，所以断线关阀回路断开，而采集器控阀回路接通。在断线失电情况下，由于继电器失电释放，所以断线关阀回路接通，而采集器控阀回路断开。这样，保证无论是正常开关阀还是断线关阀操作，均不会产生任何影响。
本实用新型提供的断线关阀控制器，进一步包括：充电指示单元，用于对超级电容充电电路进行充电。
该控制器是基于超级电容储能备电原理，平时由卡表供电源向超级电容充电，当发生断线致使供电中断时，由超级电容向负载放电，其放电能量足可以驱动电机关闭阀门。
本实用新型可以通过采用超级电容，即：法拉电容，代替镍氢电池。法拉电容与锂电池相比，功率比高，大电流放电特性好、可反复充放电、使用寿命长、安全环保。
本实用新型提供的一种断线关阀控制器的输入电压介于7.5至12V之间；充电电压可以为4.2V。
本实用新型采用输入电压7.5～12V，充电电压4.2V，因此在相同电容量时，可减少单体电容器串、并数量，有利于降低成本、减少体积，并能在输入电压较低的情况下，保证正常充电。
本实用新型提供的一种断线关阀控制器是基于超级电容储能备电原理，平时由卡表供电源向超级电容充电，当发生断线致使供电中断时，由超级电容向负载放电，其放电能量足可以驱动电机关闭阀门，因此，本实用新型提供的断线关阀控制器，在保障在外部电源被切断的情况下，阀门能自动关闭；而且提高了断线关阀控制器的安全性。
以上所述仅为本实用新型提供的一种断线关阀控制器的优选实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。该实施例中的部件数量并不局限于实施例中所采用的方式，任何在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种断线关阀控制器，其特征在于，包括：超级电容充电电路单元、超级电容升压电路单元、继电器控制回路单元、关阀控制逻辑电路单元以及电容器；其中，所述电容器设置在所述超级电容充电电路单元与所述超级电容升压电路单元之间；所述超级电容充电电路单元、超级电容升压电路单元、继电器控制回路单元串联，所述关阀控制逻辑电路单元与所述继电器控制回路单元连接。
2.根据权利要求书1所述的断线关阀控制器，其特征在于，进一步包括：充电指示单元，与所述超级电容充电电路单元连接。
3.根据权利要求书1所述的断线关阀控制器，其特征在于，所述电容器为法拉电容。
4.根据权利要求书3所述的断线关阀控制器，其特征在于，所述电容器为多个。
5.根据权利要求书1所述的断线关阀控制器，其特征在于，输入电压介于7.5至12V之间；充电电压为4.2V。
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