【正文】 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)以IC卡為信息載體的智能IC卡燃?xì)獗懋厴I(yè)設(shè)計(jì)目錄第1章 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼难芯恳饬x 1 1 1 2 2 IC卡燃?xì)獗淼陌l(fā)展歷史及國內(nèi)外現(xiàn)狀 3第2章 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼目傮w設(shè)計(jì)方案及原理 4 方案比較 4 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼目傮w設(shè)計(jì)方案 4 系統(tǒng)總體的控制過程 4 5 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼脑?5 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼墓δ?5第3章 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼挠布O(shè)計(jì) 7 主要系統(tǒng)組成 7 傳感器的功能及其技術(shù)參數(shù) 7 7 工作原理、結(jié)構(gòu)及選擇計(jì)算 8（RCV420）變換器的設(shè)計(jì) 16 變換器的介紹 16 工作原理 17 注意事項(xiàng) 18 A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì) 19 TLC549與AT89S52芯片的連接方法 20 單片機(jī)的設(shè)計(jì) 21 AT89S52芯片及片內(nèi)功能 21 AT89S52各引腳功能 21 AT89S52最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 儲(chǔ)存器的設(shè)計(jì) 24 AT24C02內(nèi)部芯片結(jié)構(gòu)及使用方法 24 AT24C02與單片機(jī)連接 25 26 IC卡接口電路 28 報(bào)警裝置設(shè)置 29 電磁閥電路設(shè)置 30第4章 軟件設(shè)計(jì) 35 35 顯示子程序 35 IC卡讀寫程序 36 37 37 37 38 38 38 39第5章 總結(jié) 40參考文獻(xiàn) 41中英文翻譯 42致 謝 65附錄1程序清單 67附錄2硬件圖 8585第1章 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼难芯恳饬x 隨著社會(huì)的進(jìn)步，人民生活水平不斷提高，城市管道燃?xì)庖呀?jīng)逐漸進(jìn)入千家萬戶。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2000年，我國城市燃?xì)庥脩粢呀?jīng)達(dá)到了1200萬戶，其中北京56萬戶、上海114萬戶、重慶80萬戶、武漢30萬戶。隨著大西北“西氣東輸”計(jì)劃的正式啟動(dòng)，管道燃?xì)庖殉蔀槌擎?zhèn)居民的主要生活用燃料，管道燃?xì)饧航?jīng)和水、電一樣成為城市的基礎(chǔ)設(shè)施。近年來，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，IC卡技術(shù)以其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和巨大的產(chǎn)品市場成為近幾年來我國信息產(chǎn)業(yè)的一大熱點(diǎn)。智能型水表、電表等民用產(chǎn)品相繼進(jìn)入到人們家庭，極大的方便了家庭用戶和物業(yè)管理部門。 隨著信息化的到來，城市管道燃?xì)庥?jì)量儀表的發(fā)展相對(duì)落后，大部分地區(qū)仍然采用傳統(tǒng)的容積式燃?xì)獗?，它只能顯示用戶累計(jì)用氣量，燃?xì)夤芾聿块T需要派抄表人員按月到每家用戶進(jìn)行抄表，然后再計(jì)費(fèi)、收費(fèi)。采用這種方式，嚴(yán)重影響居民生活，抄表既麻煩又勞累，收費(fèi)時(shí)間長，人力浪費(fèi)嚴(yán)重。另外居民交費(fèi)不方便，收費(fèi)也不易管理，并且效率低，特別是對(duì)欠費(fèi)者難以限制。因此，燃?xì)怃N售管理部門和城鎮(zhèn)居民迫切要求改變目前的收費(fèi)方式，而采用IC卡預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗硎墙鉀Q上述問題的有效方法。 IC卡燃?xì)獗硎墙畮啄臧l(fā)展起來的新型燃?xì)獗?，目前市場上已有相關(guān)產(chǎn)品，全國已有近數(shù)十家生產(chǎn)、研發(fā)企業(yè)。它主要由如下幾部分組成:低功耗單片機(jī)、燃?xì)庥?jì)量電路、低功耗閥門、電源電壓檢測(cè)電路、燃?xì)饬髁繖z測(cè)電路等。與傳統(tǒng)的容積式燃?xì)獗硐啾容^，它更具備了記數(shù)準(zhǔn)確、自動(dòng)進(jìn)行閥門處理、識(shí)別非法操作并進(jìn)行處理、電源欠壓及掉電處理以及數(shù)據(jù)顯示與聲音提示報(bào)警等功能。另外，隨著國家“金卡工程”的深入開展，從根本上解決了上述收費(fèi)方式存在的問題，兼顧了企業(yè)和用戶的利益。因此，智能IC卡燃?xì)獗砭哂袕V闊的發(fā)展前景。本課題的提出也具有了十分重要的意義。自從有了燃?xì)庥?jì)量儀表以來，國內(nèi)外多年來一直是采取極為原始的查表收費(fèi)的模式，即由查表員入戶查表計(jì)費(fèi)，然后再由收費(fèi)員入戶收費(fèi)或?qū)嗡偷接脩敉ㄟ^銀行進(jìn)行結(jié)算。我國自從一百年前上海使用燃?xì)庖詠恚两窕旧鲜且恢毖赜迷摲N計(jì)費(fèi)方式。隨著人們住宅條件的不斷改善，使用燃?xì)庖殉蔀樾陆ㄗ≌谋貍湓O(shè)施，以往的查表收費(fèi)方式存在的弊端越來越突出，主要表現(xiàn)為:(1)入戶困難。由于社會(huì)的發(fā)展，居民生活水平的不斷提高，人們?cè)絹碓街匾曤[私權(quán)，越來越講文明。人員流動(dòng)性大，查表收費(fèi)只能在早、晚居民休息時(shí)間，特別是夏季入戶查表，給用戶帶來極大不便。因而查表收費(fèi)率要達(dá)到企業(yè)要求很 難，企業(yè)資金回收困難。(2)生產(chǎn)企業(yè)管理費(fèi)用過高。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，100萬燃?xì)庥脩?，查表和管理人員約需600～1000人，年費(fèi)用1000萬元左右，增加了相應(yīng)的生產(chǎn)成本。(3)費(fèi)用流失不好控制。用戶和收費(fèi)人員竊氣、作弊、拒交費(fèi)用時(shí)有發(fā)生，造成燃?xì)赓M(fèi)少收、漏收，費(fèi)用流失嚴(yán)重。如日供氣100萬m3能力下，收費(fèi)率提高一個(gè)百分點(diǎn)，每年就可征收365萬立方米的燃?xì)赓M(fèi)。而實(shí)際上少收、漏收費(fèi)遠(yuǎn)高于此。(4)查表收費(fèi)人員工作條件差，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。據(jù)調(diào)查，平均每人每天入戶數(shù)高達(dá)130多戶，每月2600～3000塊?，F(xiàn)行收費(fèi)大多人工計(jì)費(fèi)，手工結(jié)算，效率低，誤差大，已不適應(yīng)企業(yè)管理現(xiàn)代化的要求。 為了解決上述問題，人們一直在努力地尋找更好、更合理的收費(fèi)方式。目前，許多發(fā)達(dá)國家是在采用遙讀方式讀取用戶用氣量后，到銀行通過帳戶進(jìn)行結(jié)算，徹底解決查表收費(fèi)問題。在美國等國家多半是采用無線遙讀方式，而在歐洲許多國家采用的是有線集中讀取，用戶在銀行結(jié)算的方式。近幾年日本等國家又發(fā)展了通過電話線采集用戶消費(fèi)量，銀行結(jié)算的方式，與歐美等國家相比技術(shù)上有一定的優(yōu)勢(shì)，具有遙讀和遙控雙向功能，且方便、準(zhǔn)確。目前，我國燃?xì)獾氖召M(fèi)正從人工抄表收費(fèi)方式向IC卡收費(fèi)方式過渡，由于我國人口眾多，再加上工作繁忙，從安全角度考慮，各樓宇大多都裝有防盜門，人工收費(fèi)非常不便，而管理部門還不具備資金和技術(shù)實(shí)力來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的自動(dòng)抄表收費(fèi)管理，因此，IC卡收費(fèi)方式恰好成為最佳選擇。IC卡是一種集成電路卡，是英文Integrated Circuit(集成電路)卡的縮寫。它是伴隨著社會(huì)對(duì)信息安全性和存儲(chǔ)容量的要求日益提高以及半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的，是一種將存儲(chǔ)、加密、處理能力的集成電路芯片嵌裝于塑料基片上而制成的一種卡片。IC卡分為僅能存儲(chǔ)信息的被動(dòng)式存儲(chǔ)卡和既能存儲(chǔ)信息又能處理信息的主動(dòng)式智能卡兩大類，具有存儲(chǔ)容量大、體積小、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)。IC卡的概念是20世紀(jì)70年代初提出來的，自問世以來快速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從1992年到2000年。按應(yīng)用類別上來看，其中電話卡占的比重較多。目前，國際上IC卡的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)期。世界上最早使用IC卡的國家應(yīng)屬法國，其應(yīng)用主要在交通管理、高速公路管理以及地鐵上。另外，韓國、新加坡、日本和美國等其他一些國家IC卡應(yīng)用也發(fā)展快速，并應(yīng)用日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。作為金卡工程的代表，IC卡技術(shù)無疑是當(dāng)今世界最優(yōu)秀的應(yīng)用技術(shù)。我國政府提出的以“金卡工程”為代表的信息化應(yīng)用工程，加速了我國向全球經(jīng)濟(jì)一體化邁進(jìn)的步伐。IC卡技術(shù)的大力開發(fā)意義十分重大。目前在金融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個(gè)行業(yè)己廣泛應(yīng)用IC卡，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)金支付和存兌的電子化、公用事業(yè)預(yù)付費(fèi)等功能。近年來，它又結(jié)合微電子技術(shù)，進(jìn)一步提高了人們生活和工作的現(xiàn)代化程度。目前，我國的IC卡應(yīng)用已不僅僅是銀行業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)的通信功能，它也與其它產(chǎn)業(yè)聯(lián)袂發(fā)展。它的付費(fèi)功能可用于水、電、燃?xì)狻④嚧?、電話、醫(yī)療、保險(xiǎn)等領(lǐng)域。隨著我國“金卡工程”的大力開展，IC卡在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，但是存在的問題也逐漸顯露，其中很重要的一點(diǎn)就是彼此之間互不通用，使得持卡人有諸多不便，也造成了大量的資源浪費(fèi)，因此，“一卡多用”是以后的發(fā)展趨勢(shì)，最終可實(shí)現(xiàn)資源共享，互通互聯(lián)。 IC卡燃?xì)獗淼陌l(fā)展歷史及國內(nèi)外現(xiàn)狀I(lǐng)C卡燃?xì)獗碜援a(chǎn)生以來，解決了許多實(shí)際問題，給人們的生活帶來了很大改變，但是由于技術(shù)上的不成熟，再加上管理上的不完善，在應(yīng)用過程中很容易出現(xiàn)計(jì)量誤差，給一些早期的使用者帶來了很大的經(jīng)濟(jì)損失，燃?xì)庥脩粼谑褂蒙洗嬖趽?dān)心，這就使得IC卡燃?xì)獗淼耐茝V舉步維艱。 近些年，各燃?xì)馄髽I(yè)不斷加大資金投入進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，使得IC卡燃?xì)獗淼募夹g(shù)和質(zhì)量得到了很大的提高，并且獲得燃?xì)夤竞陀脩舻恼J(rèn)可，IC卡燃?xì)獗硪驳玫搅藦V泛的使用。 另外，國家建設(shè)部為加強(qiáng)智能IC卡燃?xì)獗淼慕y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量管理，提高國內(nèi)燃?xì)庑袠I(yè)的經(jīng)營管理水平，制定了CJ/T1122000《CIC卡家用膜式燃?xì)獗怼沸袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它是在GB/T69681997《膜式煤氣表》的基礎(chǔ)上，增加了預(yù)付費(fèi)控制器有關(guān)技術(shù)要求，并遵循有關(guān)電子產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求。針對(duì)我們?nèi)細(xì)庑袠I(yè)，IC卡燃?xì)獗淼膽?yīng)用時(shí)間還很短暫，我們要不斷的進(jìn)行探索，對(duì)目前存在的問題和以后應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和研究，堅(jiān)定不移地支持IC卡新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用推廣工作。第2章 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼目傮w設(shè)計(jì)方案及原理 方案比較方案一、采用PLC設(shè)計(jì)接觸式燃?xì)獗?，PLC設(shè)備價(jià)格相對(duì)較高，體積較大，主要應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的設(shè)計(jì)，對(duì)于燃?xì)獗碓O(shè)計(jì)不宜用PLC。 方案二：利用DCS控制系統(tǒng)可靠性高，靈活性強(qiáng)，易于維護(hù)，功能齊全，但由于價(jià)格昂貴，考慮到經(jīng)濟(jì)性，本次設(shè)計(jì)中不選用這種控制方法。 方案三、采用單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)于本設(shè)計(jì)從成本、功能方面考慮更適合應(yīng)用單片機(jī)設(shè)計(jì)，單片機(jī)價(jià)格較低，體積較小，也能滿足設(shè)計(jì)要求，故選用單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼目傮w設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)總體的控制過程 智能IC卡燃?xì)獗硐到y(tǒng)主要由單片機(jī)，IC卡、電磁閥、傳感器、I/V轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、LCD顯示器、報(bào)警器等組成。燃?xì)庥脩粼谌細(xì)夤鹃_戶,購買一定氣量后,即得到加密的IC卡。用戶用氣時(shí)將卡插入燃?xì)獗碇?卡中氣量自動(dòng)輸入燃?xì)獗聿⒃贗C卡中消除氣量,供氣閥門打開。當(dāng)氣量不足時(shí),燃?xì)獗硖崾居脩糍彋?；氣量用完時(shí),燃?xì)獗碜詣?dòng)切斷供氣管路。 系統(tǒng)總體控制原理圖 本文設(shè)計(jì)的是對(duì)智能IC卡燃?xì)獗砹髁康目刂?，這個(gè)控制是這樣一個(gè)反饋調(diào)節(jié)過程：比較實(shí)際流量和需要控制的流量得到偏差，通過對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)，再去調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。該系統(tǒng)采用過程控制中應(yīng)用最廣泛的PID控制形式。 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼脑? 當(dāng)用戶將購買到得含有一定購氣量的IC卡插入表內(nèi)時(shí),電磁閥在單片機(jī)控制下打開氣路閥門。用戶每使用一個(gè)微小的計(jì)量單位的氣體時(shí),計(jì)量電路便發(fā)出1個(gè)計(jì)量脈沖,該脈沖如經(jīng)電控系統(tǒng)判定為有效,即進(jìn)入軟件進(jìn)行累計(jì),當(dāng)達(dá)到一定數(shù)目(如1/100方)時(shí)可以從存于SAM模塊中的已購氣量中減去1個(gè)計(jì)量單位。當(dāng)剩余氣量為某一設(shè)定值時(shí),燃?xì)獗磉M(jìn)入報(bào)警狀態(tài),并關(guān)閉電磁閥,切斷氣路以便提醒用戶購氣。用戶此時(shí)按一次按鍵后,仍然可以打開閥門繼續(xù)用氣。當(dāng)剩余氣量為零時(shí),控制閥再次關(guān)閉,用戶只有將存儲(chǔ)一定購氣量的卡插入后才能打開閥門。用戶所剩氣量由LCD顯示。 本設(shè)計(jì)具有燃?xì)饬髁康睦鄯e，燃?xì)饪捎脭?shù)的遞減；LCD顯示燃?xì)饫鄯e數(shù)，燃?xì)饪捎脭?shù)以及卡中的購氣數(shù)；“欠量”，“過流”，“異?！钡惹闆r下有報(bào)警竟聲音等功能。 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼墓δ芙佑|式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗?，?yīng)具有以下基本功能:a) 提示功能:IC卡燃?xì)獗砜刂破鞯囊壕в泻啙崫h字提示和蜂鳴器鳴叫等提示功能。b) 正確計(jì)量功能:系統(tǒng)的最終目標(biāo)是計(jì)量準(zhǔn)確。因此，在硬件上和軟件上均采取了一些有效措施(主要考慮軟件濾波、抗干擾以及漏計(jì)量處理)，氣表計(jì)量一次。c) 燃?xì)獗眍A(yù)付費(fèi)及用氣控制功能:當(dāng)表內(nèi)剩余氣量低于預(yù)設(shè)值時(shí)，控制器液晶顯示購氣、蜂鳴器鳴叫提示，當(dāng)剩余氣量為零時(shí)自動(dòng)關(guān)閥、切斷氣源。用戶通過IC卡購買燃?xì)獠⑤斎霘饬亢?，自?dòng)恢復(fù)供氣，新購買的氣量輸入后，可以累計(jì)加在燃?xì)獗淼氖Ｓ鄽饬可稀) 掉電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能:在外置電源突然停止供電的情況下要保證將一些重要數(shù)據(jù)完整無誤的保存下來，以便系統(tǒng)復(fù)位后，能重新調(diào)入重要數(shù)據(jù)。e) 低電壓檢測(cè)功能:由于本燃?xì)獗硎遣捎秒姵毓╇?，因此在使用的過程中進(jìn)行電壓檢測(cè)。即當(dāng)電源電壓下降到某一值時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能識(shí)別，并提示用戶更換電池，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉閥門。f) 閥門驅(qū)動(dòng)功能:閥門驅(qū)動(dòng)主要實(shí)現(xiàn)閥門的開和關(guān)。g) 報(bào)警功能:氣量不足報(bào)警:燃?xì)獗硎Ｓ嗔康陀趫?bào)警設(shè)定值時(shí)，有蜂鳴器報(bào)警和液晶顯示報(bào)警。若繼續(xù)使用，燃?xì)獗硎Ｓ嗔繛榱銜r(shí)，關(guān)閉閥門并鳴叫提示。電池欠壓報(bào)警:電池的電壓低于報(bào)警值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警和液晶顯示報(bào)警。若繼續(xù)使用，當(dāng)電池電壓低于設(shè)計(jì)的最低電壓值時(shí)，關(guān)閉閥門并鳴叫提不。 h) 讀寫IC卡功能:應(yīng)能正確無誤的讀寫IC卡。第3章 接觸式預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗淼挠布O(shè)計(jì) 主要系統(tǒng)組成1. 單片機(jī) AT89S52單片機(jī)是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序儲(chǔ)存器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 本文采用的是新型雙穩(wěn)態(tài)電磁閥MP15A5V，電源電壓低。正常供氣情況下，電磁閥處于常開狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不消耗電能；只有當(dāng)上一級(jí)的氣體數(shù)完時(shí)，電磁閥關(guān)閉并自鎖于常閉狀態(tài)。它具有啟動(dòng)氣壓低及關(guān)閉可靠等優(yōu)點(diǎn)。3. IC卡電路 IC 卡讀/寫器是IC卡煤氣表的輸入接口。當(dāng)IC卡插入讀/寫器時(shí)，首先讀入的是卡中的密碼，以此判斷IC卡的合法性。煤氣表在判斷了卡的合法性后，讀入所購氣量并與煤氣表內(nèi)剩余氣體累加，同時(shí)將卡上購氣量單元清零，回寫煤氣表上用氣量、剩余氣體等信息，以便下次購氣時(shí)煤氣公司讀取，實(shí)現(xiàn)煤氣表信息的回饋功能。4. 傳感器 本設(shè)計(jì)的傳感器選用SWINGIRLⅡ電容式渦街流量傳感器。它的基本原理是以卡門渦街器理論為基礎(chǔ)。適用范圍廣，壓力損失小，長期穩(wěn)定性好，工作壽命長。5. LCD顯示本系統(tǒng)采用液晶顯示器。其特點(diǎn)是顯示內(nèi)容豐富（可顯示漢字），功耗小，可靠性高，電路簡單。器件型號(hào)是：SMG12232B2，顯示容量為122*32點(diǎn)陣。 傳感器的功能及其技術(shù)參數(shù) 在特定的流動(dòng)條件下，一部分流體動(dòng)能轉(zhuǎn)化為流體振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與流速（流量）有確定的比例關(guān)系，依據(jù)這種原理工作的流量計(jì)稱為流體振動(dòng)流量計(jì)。目前流體振動(dòng)流量計(jì)有三類：渦街流量計(jì)、旋進(jìn)（旋渦進(jìn)動(dòng)）流量計(jì)和射流流量計(jì)。流體振動(dòng)流量計(jì)具有以下一些特點(diǎn)：1）輸出為脈沖頻率，其頻率與被測(cè)流體的實(shí)際