【应用】切断型膜式燃气表的设计，加强安全方面功能
1 概述
现有燃气表主要是计量和数据传输功能，在安全方面的功能比较薄弱，因此“住建部”发布行业标准《切断型膜式燃气表》，“切断型膜式燃气表”在燃气表原有功能的基础上增加了许多安全方面的功能，并能在各种安全隐患下可靠关闭阀门。笔者根据标准要求，应用角度传感器、压力传感器、干簧管、无线模块、直流电机/线圈驱动芯片等多种芯片设计了一款“切断型膜式燃气表”。
2 结构图及功能
切断型膜式燃气表是以膜式燃气表为基表，加装电子控制器所组成的一种具有多种安全功能的燃气计量装置。其控制器由一般由微功耗单片机、电压管理模块、存储模块、声音报警模块、阀门控制模块、显示模块、采样计数模块、时钟模块、按键模块、地震感应模块、和远程通讯模块部分组成(如图2所示)。具有精确计数、数据可靠存储、欠压、掉电处理、数据显示与声音提示、各种安全隐患报警、数据远传、阀门自动处理等功能。
图2 切断型膜式燃气表结构框图
3 设计方案
标准中有许多“切断型膜式燃气表”的安全要求，笔者根据各项要求具体设计如下。
3.1流量异常方面的要求
“切断型膜式燃气表”在流量方面的要求如下图3。在各种流量异常的情况下，笔者采用安装在基表字轮上的干簧管采集脉冲信号，利用实时时钟模块计时，计算出燃气表流量。再根据标准要求判断是否关闭阀门。为了防止燃气表字轮磁铁在干簧管处抖动产生误计数的情况，在设计中采用双干簧管计数的方案，两个干簧管交替吸合一次，产生一个正常的计数周期。干簧管是燃气表采样计数模块的核心部件，笔者在设计中选择LITTELFUSE的MDSR-10，该干簧管可靠性好，灵敏度高，尺寸小。实时时钟选择EPSON的RX - 8025T。RX8025-T是一款拥有I2C接口和温度补偿功能的新型实时时钟芯片，内部集成32.768KHz温度补偿晶体振荡器，可用于各种需要高精度时钟的场合。
图3 流量异常要求
3.2地震方面的要求
“切断型膜式燃气表”在流量方面的要求如下图4。在发生地震的情况下，笔者采用角度传感器感应地震引起的角度变化，再根据标准要求判断是否关闭阀门。角度传感器部件是感应地震的核心部件，笔者选择EPSON品牌的角度传感器XV7001，该传感器零偏稳定性能好，工作温度宽，可以适用于燃气表户外安装，功耗低。因XV7001是单轴角度传感器，使用三个XV7001来实现三轴角度检测。燃气表内置备用电池，在外部电池掉电后，仍然可以保证给角度传感器模块和远传模块供电。三个方向的角度检测可以确保燃气表在地震时，可靠报警并关闭阀门。
图4 地震动作要求
3.3压力方面的要求
“切断型膜式燃气表”在压力方面的要求如下图5。发生压力异常的情况下，笔者采用安装在燃气表基表内部的压力传感器读取压力数值，再根据标准要求判断是否关闭阀门。压力传感器部件是读取压力的核心部件，笔者选择压力传感器选择TE公司的“MS5805-02BA01”。MS5805-02BA01体积小、功耗低、压力已经温度修正、误差小。
图5压力动作要求
3.4通讯方面的要求
“切断型膜式燃气表”在通讯方面的要求如下图6在发生各种异常的情况下，笔者采用远程通讯模块将报警信息发送给后台系统或者手机。通讯模块是通讯功能的核心部件，SILICON LABS的Zigbee、Bluetooth、WIFI等各种远传模块可供选择，技术水平领先，功耗低。
图6通讯动作要求
上述的各种异常，“切断型膜式燃气表”都需要可靠关闭阀门。阀门的驱动模块是极其重要的部件。笔者选择SGMICRO的具有多重保护功能的直流电机/线圈驱动芯片SGM42507。SGM42507提供丰富的智能保护：内部集成过流保护、欠压保护以及过温保护，其中过流保护阈值为0.75A/1.5A可选，欠压保护阈值为1.7V/2.8V/3.6V可选，满足不同用户的设计需求。这些保护功能互相配合，有效防止电路出现过应力状态，同时警报输出报告简化失速感应设计，便于实现高可靠性的驱动设计。此外，该元件支持快衰减和慢衰减模式，有效降低电机的功率损耗和噪声。SGM42507具有超低功耗，内部H桥主开关采用场效应管，导通电阻最低为235mΩ，并且关断状态的漏电流仅为1.0μA，有效降低了元件的开关损耗。SGM42507采用紧凑型的封装设计，提供SC70-6和TSOT-23-6两种封装类型，工作温度范围为-40℃~85℃，符合工业级温度标准。
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那抹不一样的蓝 Lv4. 资深工程师 2018-04-24学习了 -
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游弋 Lv6. 高级专家 2018-04-11学习一下 -
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得实间间 Lv3. 高级工程师 2018-04-11很好
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思为无线基于Silicon Lab的Si4432芯片开发出四款不同封装尺寸的射频模块：RF4432PRO、RF4432、RF4432X1和RF4432F27，以便满足不同客户的需求。本文介绍4款模组的相同点及区别。
设计经验 发布时间 : 2024-07-12
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