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智能IC卡燃氣表是一種根據用戶IC卡購氣量實現自動計量計費、自動控制用氣的民用高技術產品，具有傳統人工抄表收費式燃氣表無可比擬的優越性。當前，隨著國家"金卡工程"的深入開展和開發大西北"西氣東輸"計劃的正式啟動，智能IC卡燃氣表已呈現出十分廣闊的應用前景。本文介紹了該產品的核心技術--基于PIC單片機的智能IC卡燃氣表電控系統設計，論述了智能IC卡燃氣表的控制模式、電控系統的硬件電路構成、系統軟件設計及其實際應用情況。 1 智能IC卡燃氣表控制模式 智能IC卡燃氣表是在常規家用模式燃氣表體上安裝智能測控系統而構成的，該測控系統主要由IC卡、計量電路、電控系統以及氣路控制閥等組成，系統結構如圖1所示。 當用戶將含有購氣量(以加密數值形式表示)的IC卡插入表內時，控制閥在電控系統控制下開通氣路。用戶每用一個計量單位，計量電路便發出一組等周期計量脈沖序列，該脈沖序列如經電控系統判定為有效，即可從已購氣量中減去一個計量單位，并通過液晶模塊顯示表內剩余氣量。當剩余氣量為零時，控制閥自動關閉，氣路即被切斷，此時用戶須重新持卡購氣。在正常情況下控制閥處于接通態，只有當特殊事件發生時控制閥才從接通態變為關閉態。圖2出了三種事件狀態下控制閥的通斷情況。 2 系統電路構成 智能IC卡燃氣表電控系統電路由低功耗單片機、EEPROM存儲電路、電源電壓監測電路、電池保護電路、液晶顯示及聲光報警電路、IC卡讀寫控制電路等組成，下面結合圖3所示的電路原理圖作進一步介紹。 2.1 PIC單片機及電路組成 PIC單片機是Microchip公司近年來推出的新型單片機系列。它采用先進的RISC技術，具有低價格、低功耗、高性能、全靜態、易使用等特點，目前已在儀器儀表、工業自動化、計算機通訊以及民用產品等領域得到廣泛應用。本設計中采用了PIC系列中的主流型號PIC16C57作為電路系統的控制核心。該單片機在靜態時處于低功耗睡眠狀態，功耗小于３μA。當接收到計量脈沖或有IC卡操作時，單片機由睡眠態轉為工作狀態。在本系統中，單片機通過C5、C6口以I2C 總線方式對IC卡進行讀寫操作，以模擬I2C 方式與存儲器IC2進行數據通訊，并通過B2、B4口分別獲取實時電池電壓及電源保護信號，通過輸出口B6、B7控制電控閥動作，通過輸出口A0、A1驅動漢字液晶模塊。 2.2 EEPROM存儲電路 EEPROM存儲器IC2采用24LC02B芯片，該芯片可以在無電源狀態下長期可靠存儲系統內重要數據，工作壽命可達106次。當用戶卡插入系統時，卡內密碼、卡號、購氣量及用戶用氣記錄等關鍵數據將以密文形式存儲在24LC02B芯片中。 2.3 電壓監測電路 系統采用S80751芯片進行電壓實時監測，當系統電池電壓在正常值時?S80751的輸出1腳為高電平；當電池電壓低于保護值時，該芯片的1腳變為低電平，單片機檢測到該信號后，即控制液晶模塊顯示欠壓，以提醒用戶更換電池。 2.4 電源保護電路 為有效保護系統電源，本電路可對電池盒位置進行高靈敏檢測。當電池盒被拉開時，保護電路輸出低電平，單片機監測到該信號后，即控制閥門使其關斷。直到電池安裝好并將電池盒推入表內正常位置時，單片機才會再次控制閥門使其重新開閥供氣。 2.5 液晶顯示及聲光報警電路 液晶顯示電路采用PHILIP標準I2C通訊模塊制作，可漢字顯示欠壓、購氣、關閥、卡誤和氣量五種信息狀態及其任意組合。聲光報警電路采用高亮LED和高響蜂鳴器，由單片機控制發出聲光報警。 2.6 IC卡及讀寫電路 IC卡由于具有存儲容量大、數據保密性好、抗干擾能力強、操作速度快等突出優點，近年來在世界范圍內得到廣泛應用。本系統采用符合ISO7816國際標準的IC卡，用于可靠存儲用戶密鑰、購氣量、用氣記錄等關鍵數據。單片機通過IC卡讀寫電路完成對IC卡信息的讀寫，本讀寫電路在卡口保護、輔助偽卡識別、確保準確安全讀寫IC卡信息等方面都進行了精心而合理的設計。 3 系統軟件設計 系統軟件采用PIC16C5X精簡指令集編寫。軟件設計緊密結合智能IC卡燃氣表的控制模式，充分體現了對IC卡信息讀寫、卡類型判斷、計量信號判斷與數據處理、電壓監測與電源保護等功能，并在IC卡信息安全性、軟件運行可靠性及抗干擾等方面進行了精心設計。系統主程序框圖如圖4所示。 下面給出IC卡讀、寫的子程序： R10BYTE MOVF 8?0 MOVWF FSR MOVLW .10 ；讀10個存儲單元 MOVWF BCOUNT CALL START MOVLW CTRL_W CALL TR1BYTE CALL RACK MOVLW 8 ；存于寄存器8中 CALL TR1BYTE CALL RACK CALL START MOVLW CTRL_R CALL TR1BYTE CALL RACK READ CALL RD1BYTE ；讀字節子程序 |
