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智能IC卡燃气表控制装置的研制

  【摘 要】介绍了智能IC卡燃气计量表的系统组成及工作原理,设计了一款安全实用的燃气表装置。结合IC卡技术及后台管理软件,方便地实现了燃气系统中的科学计费及控制功能。
  【关键词】IC卡技术;燃气表;AT89C52单片机;电磁阀
  近些年,电表、水表都相继智能化,然而燃气计量表的发展则相对缓慢,绝大部分依然采用人工抄表的方式。这种方式存在效率低、时间长、上户难、等问题并有安全性隐患。这种落后的收费方式急需改变。本文阐述的IC卡燃气表就是一种实用技术。它可以改变人工抄收、现金交易的传统管理方式。 IC卡具有可联网数据分布管理、安全性强、可靠性高、大容量等特点。因此,IC卡燃气表的使用必将是燃气管理现代化必然要迈出的一步。
  一、系统组成
  该系统选用ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机AT89C52。系统组成如图1所示。
  二、主要硬件电路系统设计
  智能燃气表工作原理:当用户将IC卡(有余额)插入燃气表插座内时,在单片机软件控制下打开气路阀门,每使用一个计量单位(如1/100L,该值可设定)的气体时,计量电路便发出1个脉冲,经电控系统判定该脉冲有效,则进行累加,当达到一定数值(如1/10L)时即从余额中减去1个计量单位。当余额不足时,进入报警状态,并关闭阀门,提醒用户购买。经过一段时间(如十秒),仍然可以打开阀门使用,当余额为零时,再次关闭阀门,并无法打开。只能续存余额后才能打开阀门。
  (一)IC卡读写电路。IC卡读写电路如图2所示。当CPU发现(T2EX)P1.1口为低电平后,得知有IC卡插入,产生定时器2中断,CPU响应该中断,并由空闲状态返回至稳定状态,进入中断处理程序,控制P2.6口输出低电平,给卡座供电,随后经过5ms延时。利用定时器2的输出时钟作为IC卡操作的时钟信号,12Mhz经240分频后由P1.0口输出一个频率为50Khz的时钟信号。IC卡复位端RST接P2.3。
  三、系统软件设计
  (一)主程序。我设计的系统采用单片机中断唤醒工作的模式,平时处于待机模式,在以下几种中断情况下系统被唤醒并进入稳定工作状态。第一,当用户开阀用气,产生的流量脉冲中断;第二,IC卡插入中断识别和需要显示剩余气量时按键产生的中断;第三,电源检测产生的欠压中断和电源短路、掉电中断;第四,用户私自开盖产生的中断;第五,燃气表受到恶意攻击时产生的中断。其中,流量脉冲中断为最高级中断,其次是插卡中断等。另外,当进行复位操作时CPU的空闲工作模式也可被唤醒。主程序流程图如图6。
  (二)流量脉冲检测中断服务程序。流量脉冲检测中断服务程序流程见图7。打开阀门时,转盘每转动半圈就会发出一个脉冲中断。单片机对脉冲进行累计,每产生一个流量脉冲中断,就对燃气表中存储的剩余气量减去一个计量单位。在本设计中,每产生一个正确的脉冲中断,则P1.3、P1.4口的高低电平轮流转换,因而通过对P1.3、P1.4口电平的判断可防止燃气表受到恶意攻击、错误计量脉冲等带来的计量错误,提高了燃气表的精度。
  四、数据安全性
  为保障IC卡燃气表系统安全稳定的运行,除采用一表一卡及逻辑加密卡的工作方式外,还采用了美国的数据加密标准DES(Aata Encryption Standard)加密算法,以保障IC卡信息在交易及存储过程中的有效性、完整性、真实性和保密性。操作过程是:开户时生成密钥,此密钥通过开户卡输入燃气表,当用户购入一定金额的燃气(明文),后,经DES加密后(密文)存于用户IC卡中,只有当用户插卡并经燃气表程序解密后,燃气值才能送入IC卡燃气表中。
  五、结语
  智能IC卡燃气表的核心是MCU,一表一卡,以IC卡作为信息的交换工具,保密性好、系统计费合理、准确且方便使用。该燃气计量系统是一种预付费系统,可与水、电等公用事业结合进一步完善城市的一卡通工程,具有很好的市场前景。
  参考文献
  [1] 王卓人,邓晋钧,宗祥.IC卡的技术与应用[M].电子工业出版社,1999.
  [2] 陈红军.IC卡表应用现状及其发展趋势[M].北京握奇智能科技有限公司,2002,1-4.
  [3] 刘尊全.刘氏高强度公开加密算法设计原理与装置[M].北京:清华大学出版社,1996.


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