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基于PIC單片機的智能IC卡燃氣表電控系統(tǒng)設計

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2007-10-15  作者:李 鋒 邢 武  瀏覽次數(shù):1178
    摘要:給出了一種PIC單片機為核心的智能IC卡燃氣表電控系統(tǒng)的設計,介紹了該系統(tǒng)的控制模式、電控系統(tǒng)的硬件電路構成、系統(tǒng)軟件設計及其實際應用情況。

    關鍵詞:PIC單片機  智能IC卡燃氣表  電控系統(tǒng)

    智能IC卡燃氣表是一種根據(jù)用戶IC卡購氣量實現(xiàn)自動計量計費、自動控制用氣的民用高技術產(chǎn)品,具有傳統(tǒng)人工抄表收費式燃氣表無可比擬的優(yōu)越性。當前,隨著國家“金卡工程”的深入開展 和開發(fā)大西北“西氣東輸”計劃的正式啟動,智能IC卡燃氣表已 呈現(xiàn)出十分廣闊的應用前景。本文介紹了該產(chǎn)品的核心技術--基于PIC單片機的智能IC卡燃氣表電控系統(tǒng)設計,論述了智能IC卡燃氣表的控制模式、電控系統(tǒng)的硬件電路構成、系統(tǒng)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(guī)家用模式燃氣表體上安裝智能測控系統(tǒng)而構成的,該測控系統(tǒng)主要由IC卡、計量電路、電控系統(tǒng)以及氣路控制閥等組成,系統(tǒng)結構如圖1所示。

    當用戶將含有購氣量(以加密數(shù)值形式表示)的IC卡插入表內(nèi)時,控制閥在電控系統(tǒng)控制下開通氣路。用戶每用一個計量單位,計量電路便發(fā)出一組等周期計量脈沖序列,該脈沖序列如經(jīng)電控系統(tǒng)判定為有效,即可以已購氣量中減去一個計量單位,并通過液晶模塊顯示表內(nèi)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(tài),只有當特殊事件發(fā)生時控制閥才從接通態(tài)變?yōu)殛P閉態(tài)。圖2示出了三種事件狀態(tài)下控制閥的通斷情況。

2 系統(tǒng)電路構成

   
智能IC卡燃氣表電控系統(tǒng)電路由低功耗單片機、EEPROM存儲電路、電源電壓監(jiān)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為進一步介紹。

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(tài)、易使用等特點,目前已在儀器儀表、工業(yè)自動化、計算機通訊以及民用產(chǎn)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(tǒng)的控制核心。該單片機在靜態(tài)時處于低功耗睡眠狀態(tài),功耗小于3uA。當接收到計量脈沖或有IC卡操作時,單片機由睡眠態(tài)轉為工作狀態(tài)。在本系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tài)下長期可靠存儲系統(tǒng)內(nèi)重要數(shù)據(jù),工作壽命可達10 6次。當用戶卡插入系統(tǒng)時,卡內(nèi)密碼、卡號、購氣量及用戶用氣記錄等關鍵數(shù)據(jù)將以密文形式存儲在24LC02B芯片中。

2.3 電壓監(jiān)測電路

    系統(tǒng)采用S80751芯片進行電壓實時監(jiān)測,當系統(tǒng)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?yōu)榈碗娖?,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(tǒng)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(jiān)測該信號后,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(nèi)正常位置時,單片機才會再次控制閥門使重新開閥供氣。

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(tài)及其任意組合。聲光報警電路采用高亮LED和高響峰鳴器,由單片機控制發(fā)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(shù)據(jù)保密性好、抗干擾能力強、操作速度快等突出優(yōu)點,近年來在世界范圍內(nèi)得到廣泛應用。本系統(tǒng)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(shù)據(jù)。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(tǒng)軟件設計

   
系統(tǒng)軟件采用PIC16C5X精簡指令集編寫民。軟件設計緊密結合智能IC卡燃氣表的控制模式,充分體現(xiàn)了對IC卡信息讀寫、卡類型判斷、計量信號判斷與數(shù)據(jù)處理、電壓監(jiān)測與電源保護等功能,并在IC與信號安全性、軟件運行可靠性及抗干擾等方面進行了精心設計。系統(tǒng)主程序框圖如圖4所示。
下面給出IC卡讀、寫的子程序:

    R10BYTEMOVF 8,0

    MOVWF FSR

    MOVLW.10 ;讀10個存儲單元

    MOVWF BCOUNT

    CALL START

    MOVLW CTEL_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

    CALL RD1BYTE ;讀字節(jié)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 ;IG卡存放地址

    CALL TR1BYTE

    CALL RACK

    MOVL W 8 ;從寄存器8中讀取數(shù)據(jù)

    CALL TR1BYTE

    CALL RACK

    WRITE MOVF 0,0 ;寫入IC卡

    CALL TR1BYTE

    CALL RACK

    INCF FSR

    BTFSS FSR,3

    GOTO WRITE

    CALL STOP

    DE10MS MOVLW .5 ;寫延時

    MOVWF LOOPS

    BCF 3,5

    CALL WAIT

    BSF 3,5

    RETLW 0 ;返回主程序
 
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