原标题：基于SPMC65P2404A单片机的智能IC卡燃气表中的应用

随着世界计算机技术和信息技术的发展,全球的信息时代已来临,各国都在高科技领域制订适合自己的发展道路,我国政府正在致力于国民经济信息化的建设,以“金卡工程”为代表的信息化应用工程使我们加速向全球经济一体化迈进。作为金卡工程的代表,IC技术无疑是当今世界最优秀应用技术。它从早期的投币式,过渡到磁卡式,直到现在的IC卡式。IC卡即智能卡,又称集成电路卡,它将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中,封装成卡的形式,其外形与覆盖磁条的磁卡相似,开发IC卡技术的主要目的是实现现金支付和存兑的电子化、减少现金的流通量、实现电子商务、实现公用事业预付费等。

IC卡燃气表是近十几年发展起来的新型燃气表,一般由计量传感器电路、微功耗单片机、微功耗阀门、电压测试电路、防窃气电路、流量监测等部分组成。与传统的皮膜式燃气表相比,它更具备了精确记数功能、功能卡传输媒介功能、阀门自动处理功能、非法操作处理功能、欠压处理功能、掉电处理功能、数据下载功能、数据显示与声音提示功能等。经过广大IC卡生产厂家多年的技术改进和革新,IC卡技术日益成熟,应用也越来越普及。IC卡燃气表基本解决了气费收费难的问题,同时,随着时代的进步、居民民主意识的增强、生活水平的提高,也要求改变过去落后的上门抄表收费问题,IC卡技术的推广应用,从根本上解决了上述问题,兼顾了企业和用户的利益。对燃气企业来说:一是解决了入户抄表难的问题;二是解决了催费收费难的问题;三是解决了企业和用户的纠纷问题。对用户来说:一是消除了抄表人员的打扰和时间预约问题;二是用气自由;三是消除了地方性收费方式的约束限制。既方便了用户,也减轻了企业负担和诸多难题,简化了操作程序,促进了社会发展,提高了人民群众的生活质量,降低了企业的经济成本,IC卡燃气表是今后的发展方向。

2 IC卡燃气表的基本结构

系统组成框图

智能IC卡燃气表的组成框图如图2所示,由电源电路、IC卡读写部分、单片机控制部分、阀门控制及显示部分、电池电压和位置检测电路等组成。

图2 IC卡燃气表组成框图

3.1 IC卡读写部分

当用户将含有购气量(以加密数值形式表示)的IC卡插入表内时,控制阀在电控系统控制下开通气路。用户每用一个计量单位,计量电路便发出一组等周期计量脉冲序列,该脉冲序列如经电控系统判定为有效,即可以已购气量中减去一个计量单位,并通过液晶模块显示表内剩余气量。当剩余气量为零时,控制阀自动关闭,气路即被切断,此时用户须重新持卡购气。在正常情况下控制阀处于接通态,只有当特殊事件发生时控制阀才从接通态变为关闭态。从IC卡读回来的信息,随之存入EEPROM存储器中,EEPROM存储器I2C采用24C01芯片,该芯片可以在无电源状态下长期可靠存储系统内重要数据,工作寿命可达106次。当用户卡插入系统时,卡内密码、卡号、购气量及用户用气记录等关键数据将以密文形式存储在24C01芯片中。

3.2 电池电压检测、电池盒位置检测部分

当电池盒中的供电电池的电压小于正常工作电压时,系统会自动提示用户要更换电池了,并且通过显示电路和报警电路告之用户;为有效保护系统电源,本电路可对电池盒位置进行高灵敏检测。当电池盒被拉开时,保护电路输出低电平,单片机监测该信号后,即控制阀门使其关断。直到电池安装好并将电池盒推入表内正常位置时,单片机才会再次控制阀门使重新开阀供气。

3.3 液晶显示及声光报警电路

液晶显示电路可显示欠压、购气、关阀、卡误和气量五种信息状态及其任意组合。报警电

路采用LED和蜂鸣器进行报警,由单片机控制发出声光报警。

4 芯片特性

SPMC65P2404A是凌阳公司(Sunplus)推出的8位工业控制单片机,最高工作频率为8MHz,工作电压2.5V~5V,有192字节的RAM和4K字节的OTP ROM,有23个可编程IO口,内置上/下拉电阻,8通道10位A/D转换器(100KHz),SPMC65P2404其他特性包括:

◆凌阳科技8位单片机

☉182条指令

☉11种寻址模式

☉支持位操作(Set,Clear,Inverse,Test)

◆2个8位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)

☉普通的定时/计数器

☉具有8位捕获功能

☉具有8位比较功能

◆2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)

☉普通的定时/计数器

☉具有8或16位捕获功能

☉具有16位比较功能

☉12位PWM输出

◆中断方式

☉支持IRQ和NMI中断

☉4种外部中断

☉11种内部中断

◆5种复位功能:上电复位、低电压复位、看门狗复位、外部复位及错误地址复位

◆支持3种时钟电路:晶体振荡器、RC振荡、外部时钟信号

◆2种低功耗模式:Halt模式和Stop模式

◆低电压监测(LVD)功能

◆一个蜂鸣器驱动输出口

◆具有SPI总线

SPMC65P2404A芯片特性简介

SPMC65系列单片机是凌阳科技公司设计开发的8位工业级通用型单片机,具有超强的抗干扰能力,广泛应用于家用电器、工业控制、仪器仪表等控制领域。SPMC65P2404A单片机功能特点如下:

利用这些资源就能够实现智能IC卡燃气表的功能。

5 软件部分

软件设计紧密结合智能IC卡燃气表的控制模式,充分体现了对IC卡信息读写、卡类型判断、计量信号判断与数据处理、电压监测与电源保护等功能,并在IC与信号安全性、软件运行可靠性及抗干扰等方面进行了精心设计。系统主程序框图如图4所示。

6 结语

随着科技的不断发展,智能IC卡燃气表采用IC卡实现预收费,能够确保“先付费后用气”的消费方式,该产品从机电一体化的优化设计思路出发,构思独特、控制可靠、检测信号分辨高、计量精确、安装方便、操作简单,这种智能IC卡燃气表的市场前景将十分优越。

【IC卡燃气表】

具有自动收费功能,一户一表一卡,用户将费用交给燃气管理部门,管理部门将购气量通过计算机管理系统写入IC卡中,用户将IC卡再插入IC卡燃气表中,便可获得所购燃气量的使用权限。在用户用气的过程中,IC卡智能表中的微电脑自动核减剩余气量,所购气量用尽后便会自动关阀断气,用户需重新购气方能再次使IC卡燃气表开阀供气。 IC卡还能记录燃气表的运行情况,在管理机或管理软件下将表的总用气量、总购气量、开关阀状态等信息进行管理。IC卡燃气表可以提高管理效率,有效防止欠费,避免上门抄表。适合用于天燃气、煤气等流量的计量。 带漏气报警功能的IC卡燃气表可以监测表内气体的泄漏,当表内可燃气体泄漏时,该燃气表的可燃气体探测器会发出声光报警提示,同时表内的液晶屏也会显示报警信息,并自动关闭阀门,以达到保障人民生命财产安全的效果。

特点

多年以来,城市燃气管理部门一直采用先用气后入户抄表收费的方式,这种传统方式不仅浪费了大量的人力与物力,而且由于收费难、窃气等原因给燃气管理部门造成高额资金滞压和损失,同时也给收费员和用户带来不安全因素。为适应现代化科学的管理需要,经过中国科学界的努力,同时运用国外最新研究成果及多项专利技术成功开发推出城市燃气预收费管理系统。这项成果从根本上彻底解决了传统收费方式的弊病,其显著特点是“先付费,后用气。用一块永久的IC卡作为购、用气中介,用户随购随用,极大地方便了管理部门及用户,代表着未来管道燃气计费管理的发展方向。

软件特点

1、发卡,用户资料管理,售气收费管理,查询,设计。

2、制作报表,备份数据,打印票据。

3、独特的数据加密。

4、对操作员分级管理,对用户分类管理。

5、统计非正常用户的“黑名单”。

组成

城市燃气预收费管理系统由计算机管理软件、IC卡、燃气表组成。

计算机管理软件系统由最新计算机程序设计语言在WINDOWS平台上设计而成,界面亲切,操作简便直观,数据库安全可靠,具备良好的保密性。燃气管理部门可根据当地的不同情况或委托银行代收款,或设置居民小区电脑终端,实行网络化管理。

使用说明

一、工作原理:IC卡模式燃气表由基表、控制阀们、控制器组成;

燃气表控制器监控和记录燃气表的使用过程,根据燃气表内的气

量以及用户操作的合法性自动控制燃气表阀门的开或关。

二、产品执行标准:产品执行Q/WX001《IC卡模式燃气表》企业

标准。

三、适用范围及使用环境:

* IC卡模式燃气表适用于计量天然气、液化石油气、空混气

* 适宜在室内或干燥通风,不易积水的地方安装

* 使用环境:

温度-10摄氏度~40摄氏度

相对湿度小于或等于95%

大气压力86kPa~106kPa

四、基本配置:

燃气表1台;

5号碱性电池3节(或2节)或锂电池1节;

IC卡1张;

说明书1本

五、使用说明

* 使用表具前应先到相应售气部门开户注册,领取IC卡;新表只有经燃气公司的确认后方可启用。

六、质量保证:产品保修期为12个月,保修期内实行“三包”。

如何充值

1、将IC卡插入控制器:按燃气表具上插卡指示标记(芯片面朝向)用卡。

2、当IC卡插入控制器后,显示屏显示:“读卡”,此时控制器正在将IC卡内的气量读入表内,进行充值,当听到“嘀”声后,

表示读卡完毕,阀门为打开状态,液晶屏轮流显示以下信息:

读卡存入———最近一次读IC卡充值的气量

存量————存量=原存量+IC卡读入量

累计使用————表示该表从使用到累计用量。

此时,可以拔出IC卡,充值成功!

* 如何透支用气:当用户在燃气表内存的气量用完时,阀门自动关闭。反插IC卡,阀门打开,进入透支用气状态。(本功能权限由燃气公司设定,包括最大透支用量)。使用透支后,在下次购气时,表具将自动扣除透支用气量。

* 查询相关使用信息:将IC卡反向插入控制器插卡口,这时液晶屏显示器会轮流显示下列内容:累计使用,存量,次读IC卡充值的气量(如果断电或系统复位后被置为0)

用卡须知

~在读卡期间,禁止拔出IC卡,否则将可能导致以下问题:损坏IC卡或丢失IC卡内的购气量。

~如果发现不能读卡,检查IC卡是否插反。

~使用燃气时,液晶显示屏显示当前表内剩余气量,该显示数值随时使用过程递减。

~当燃气表内剩余气量低至燃气公司设定的报警气量时,燃气表将发出报警通知用户购气,同时液晶显示屏显示报警符号。如果继续使用至表内剩余气量为零,控制器将自动关闭燃气表阀门。只有插入购有气量的IC卡给燃气表充值后,燃气表阀门才能打开,恢复供气。

~恢复供气前,请确保所有燃气器具阀门处于关闭状态!

~如果长时间没使用,阀们将自动关闭,请反插卡打开。如果仍遇到问题,请上报燃气公司。

~调整收费:因IC卡燃气表失灵,而导致未有记录耗用量,不论何种原因造成,客户须缴付在失灵期间所用天然气费用,以机械表读数X气价为准或以表失灵前平均日用量X所有用气时间X气价为准(由燃气公司选择),扣除之前所有已经缴付的气费即为用户应缴费用.

功能特点

1、内置单片微处理器,自动完成燃气流量数据的采集,计量、显示、阀门控制及提示报警等功能。

2、当用户所购气量用至低于设定值后,液晶显示“购气”提示并伴随报警声,当所购气量用尽后,自动关闭阀门,只有重新购气插卡,阀门才会打开,从而实现了“先购后用”的预付费功能。

3、整机采用微功耗设计,电池的安装独具特色。

4、具备完善的防燃气泄漏方案,由外接的燃气报警器随时检测室内空气状况,一旦室内的燃气浓度超标,立即声音报警并自动关阀切断气源,有效地防止了因灶具泄漏等原因酿成的事故,即使是在室内嘈杂、用户熟睡或外出时无法发挥报警作用情况下也能保证万无一失。同时也杜绝了由于异常情况导致燃气表控制阀自行开启的危险,为用户提供了最大程度的安全保障。

5、表内采用国际性先进的Flash存储器,断电后数据能保存1年以上。

6、在防止窃气方面:采用符合国际标准IS07816的IC卡,为一户一卡专用加密卡,多重软、硬件加密,不易破译,防止了非法修改,复制卡内数据;当有恶意的外界电磁干扰时,控制阀门会自动关闭,停止供气并记录备案。以上措施有效的防止了窃气情况的发生。

7、该产品必须经过国家级电气仪表防爆质量监督检验中心的鉴定。