摘  要: 给出了一种以PIC单片机为核心的智能IC卡燃气表电控系统的设计,介绍了该系统的控制模式、电控系统的硬件电路构成、系统软件设计及其实际应用情况。

　　关键词: PIC单片机   智能IC卡燃气表   电控系统

　　智能IC卡燃气表是一种根据用户IC卡购气量实现自动计量计费、自动控制用气的民用高技术产品,具有传统人工抄表收费式燃气表无可比拟的优越性。当前,随着国家“金卡工程”的深入开展和开发大西北“西气东输”计划的正式启动,智能IC卡燃气表已呈现出十分广阔的应用前景。本文介绍了该产品的核心技术——基于PIC单片机的智能IC卡燃气表电控系统设计,论述了智能IC卡燃气表的控制模式、电控系统的硬件电路构成、系统软件设计及其实际应用情况。

1 智能IC卡燃气表控制模式

　　智能IC卡燃气表是在常规家用模式燃气表体上安装智能测控系统而构成的,该测控系统主要由IC卡、计量电路、电控系统以及气路控制阀等组成,系统结构如图1所示。

　　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,即可从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。图2示出了三种事件状态下控制阀的通断情况。

2 系统电路构成

　　智能IC卡燃气表电控系统电路由低功耗单片机、EEPROM存储电路、电源电压监测电路、电池保护电路、液晶显示及声光报警电路、IC卡读写控制电路等组成,下面结合图3所示的电路原理图作进一步介绍。

2.1  PIC单片机及电路组成

　　PIC单片机是Microchip公司近年来推出的新型单片机系列。它采用先进的RISC技术,具有低价格、低功耗、高性能、全静态、易使用等特点,目前已在仪器仪表、工业自动化、计算机通讯以及民用产品等领域得到广泛应用。本设计中采用了PIC系列中的主流型号PIC16C57作为电路系统的控制核心。该单片机在静态时处于低功耗睡眠状态,功耗小于3μA。当接收到计量脉冲或有IC卡操作时,单片机由睡眠态转为工作状态。在本系统中,单片机通过C5、C6口以I2C 总线方式对IC卡进行读写操作,以模拟I2C 方式与存储器IC2进行数据通讯,并通过B2、B4口分别获取实时电池电压及电源保护信号,通过输出口B6、B7控制电控阀动作,通过输出口A0、A1驱动汉字液晶模块。

2.2 EEPROM存储电路

　　EEPROM存储器IC2采用24LC02B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24LC02B芯片中。

2.3 电压监测电路

系统采用S80751芯片进行电压实时监测,当系统电池电压在正常值时，S80751的输出1脚为高电平;当电池电压低于保护值时,该芯片的1脚变为低电平,单片机检测到该信号后,即控制液晶模块显示欠压,以提醒用户更换电池。

2.4 电源保护电路

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,单片机监测到该信号后,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其重新开阀供气。

2.5 液晶显示及声光报警电路

液晶显示电路采用PHILIP标准I2C通讯模块制作,可汉字显示欠压、购气、关阀、卡误和气量五种信息状态及其任意组合。声光报警电路采用高亮LED和高响蜂鸣器,由单片机控制发出声光报警。

2.6 IC卡及读写电路

　　IC卡由于具有存储容量大、数据保密性好、抗干扰能力强、操作速度快等突出优点,近年来在世界范围内得到广泛应用。本系统采用符合ISO7816国际标准的IC卡,用于可靠存储用户密钥、购气量、用气记录等关键数据。单片机通过IC卡读写电路完成对IC卡信息的读写,本读写电路在卡口保护、辅助伪卡识别、确保准确安全读写IC卡信息等方面都进行了精心而合理的设计。

3 系统软件设计

　　系统软件采用PIC16C5X精简指令集编写。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卡信息安全性、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。

　　下面给出IC卡读、写的子程序:

　　R10BYTE       MOVF 8，0

                     MOVWF FSR

                     MOVLW .10         ；读10个存储单元

                     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     ；读字节子程序

    　　             INCF FSR

        　　　       DECFSZ BCOUNT

                     GOTO  READ11

                     CALL THACK

                     CALL STOP

                     RETLW 0            ；子程序返回

　　READ11 　　      CALL TACK

                     GOTO READ

　　W8BYTE           MOVF  8，0

                     MOVWF  FSR

                     CALL  START

                     MOVLW  CTRL_W    　；IC卡存放地址

                     CALL TR1BYTE

                     CALL RACK       

                     MOVL W 8         　；从寄存器8中读取数据

                     CALL TR1BYTE

                     CALL RACK

　　WRITE            MOVF  0，0         ；写入IC卡

                     CALL  TR1BYTE

                     CALL  RACK

                     INCF  FSR

                     BTFSS  FSR，3

                     GOTO  WRITE

                     CALL  STOP

　　DE10MS    MOVLW   .5       　　　　　；写延时

                     MOVWF  LOOPS

                     BCF  3，5

                     CALL  WAIT  

                     BSF 3，5

                     RETLW  0            ；返回主程序

参考文献

1 蔡纯洁,邢 武. PIC16/17单片机原理和应用.合肥中国科学技术大学出版社，1997

2 何立民.I2C总线应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版社，1995

3 王爱英.智能卡技术.北京:清华大学出版社，1996