单片机在智能IC卡燃气表中的应用 - 工业/测控 - 电子工程

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1 引言　　

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。

2IC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。

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                图2IC卡燃气表组成框图
3.1IC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　　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。

                   系统主程序框图

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。