【正文】 分組成。圖318 接觸式IC卡接口設(shè)備總體結(jié)構(gòu)框圖 Contact IC card interface equipment gross structure diagram1）IC卡適配插座（IC卡座）用于接觸式IC卡的適配插座是構(gòu)成IC卡與IC卡接口設(shè)備間的物理連接的部件。由于涉及到插入時(shí)的手感及插拔壽命要求較高的要求，IC卡座在設(shè)計(jì)和制造中比普通接插件的要求高，難度亦較大。（1）觸點(diǎn)的接觸方式根據(jù)IC卡在插入或退出時(shí)，按觸點(diǎn)壓觸和脫離的方式區(qū)分主要有二種，一種是滑觸式結(jié)構(gòu)，這種方式，觸點(diǎn)處于固定位置，IC卡在插入或退出時(shí)，滑過(guò)與之不相關(guān)的位置，并滑接在固定位置上，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低。缺點(diǎn)是對(duì)卡的觸點(diǎn)位置磨損較大，壽命僅在5萬(wàn)～10萬(wàn)次之間。另一類是著陸式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)下，IC卡在插入過(guò)程中，觸點(diǎn)與IC卡同步運(yùn)動(dòng)，逐步下壓，并穩(wěn)定于最終位置。由于在觸點(diǎn)對(duì)卡的著力過(guò)程中卡與觸頭間沒(méi)有相對(duì)位移，因而對(duì)卡表面的磨損小，觸點(diǎn)壽命長(zhǎng)，可達(dá)30萬(wàn)～100萬(wàn)次插拔，其價(jià)格較滑觸式高出很多。（2）卡的進(jìn)退形式卡的進(jìn)退（插入和退出）過(guò)程，也是人機(jī)的交互過(guò)程，根據(jù)不同的使用需要，對(duì)卡的進(jìn)退形式要求亦有較大不同，現(xiàn)行市場(chǎng)IC卡插座主要有如下幾種形式：推入－拉出結(jié)構(gòu)；推入－推入彈出結(jié)構(gòu)；壓入－彈出結(jié)構(gòu)；壓入－電磁彈出結(jié)構(gòu)；電動(dòng)式入出卡控制結(jié)構(gòu)。其中，推入－拉出結(jié)構(gòu)是最常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)形式。而電動(dòng)式入出卡結(jié)構(gòu)，是一種全自動(dòng)的運(yùn)作方式，走卡平穩(wěn)而可靠，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。為防止人為的不正當(dāng)操作，有些IC卡座還設(shè)計(jì)了防拔卡裝置。（3）外形尺寸有些應(yīng)用對(duì)IC卡座的外結(jié)構(gòu)尺寸也有著嚴(yán)格的要求，因而部分卡座被設(shè)計(jì)成超薄的結(jié)構(gòu)形式，高度在5mm左右的IC卡座現(xiàn)已問(wèn)世。（4）選擇IC卡適配插座時(shí)的幾個(gè)重要的指標(biāo)在選用IC卡適配插座時(shí)，以下幾個(gè)重要的指標(biāo)是不容忽視的： 觸點(diǎn)的電氣性能 IC卡座的插拔壽命 對(duì)卡的磨損程度 卡從接觸好到識(shí)別有效的位置差 價(jià)格因素其中，對(duì)卡的磨損，不單要看對(duì)卡的電氣接觸面的磨損，還要考查一下對(duì)卡的其他位置的磨損。此外，使用場(chǎng)合要求也是我們選擇的一個(gè)重要指標(biāo)。2）同步型IC卡的接口電路原理圖，如圖319所示。圖319 同步型IC卡的接口電路 Synchronization IC card interface circuit圖中U2是IC卡適配插座，其中SW1和SW2是IC卡插入的識(shí)別開(kāi)關(guān)，其余為8個(gè)引腳的定義如表39所示。本系統(tǒng)的IC卡接口電路還用到了帶輸出短路保護(hù)特性的78系列三段穩(wěn)壓集成電路78L05。78L05的最大輸出電流可達(dá)100mA，短路保護(hù)電流起點(diǎn)在150mA～200mA左右。表39 觸點(diǎn)功能 Electronic contact function觸點(diǎn)編號(hào)功能觸點(diǎn)編號(hào)功能C1VCC(電源電壓)C5GND(地)C2RST（復(fù)位信號(hào)）C6VPP(編程電壓)C3CLK（時(shí)鐘）C7I/O（數(shù)據(jù)）C4UD1（保留于將來(lái)使用）C8UD2（保留于將來(lái)使用） 電源及相關(guān)電路本系統(tǒng)要求采用5V供電電源。因此設(shè)計(jì)的電源電路應(yīng)有如下功能：將帶有6V電壓的電池，轉(zhuǎn)換成 5V的穩(wěn)壓電源，通過(guò)控制電路報(bào)警及關(guān)閥。電路如圖320所示。圖320 電源電路圖 Power circuit diagram采用6V電源供電，由N1，Z2，R3構(gòu)成5V穩(wěn)壓電路，由T，Z1，R4，R5，R6組成欠壓信號(hào)電路。，A點(diǎn)得到5V 電壓，該點(diǎn)與單片機(jī)系統(tǒng)各個(gè)芯片的電源端相連，為單片機(jī)系統(tǒng)供電。5V經(jīng)分壓后接到比較器的+端，Z1的負(fù)端接到比較器的一端，當(dāng)煤氣表使用一段時(shí)間后，A點(diǎn)電壓降到4. 75V（）時(shí)，比較器的輸出發(fā)生負(fù)跳變，ALARM經(jīng)與門(mén)后接到 INT1，當(dāng)由高電平到低電平時(shí)，響應(yīng)中斷，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，關(guān)閉電磁閥，通知用戶更換電池。4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)IC卡智能煤氣表的功能要求，配合相應(yīng)的硬件電路編寫(xiě)程序框圖，自動(dòng)完成包括IC卡讀寫(xiě)操作、讀入流量傳感器發(fā)出的計(jì)數(shù)脈沖、 核減表中煤氣剩余量、開(kāi)閉電磁閥、顯示及報(bào)警信息在內(nèi)的所有功能。程序框圖的設(shè)計(jì)主要分為下面五個(gè)部分：1）主程序，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2）中斷服務(wù)程序，包括中斷0和中斷1兩個(gè)服務(wù)子程序。其中中斷0對(duì)干簧管進(jìn)行計(jì)數(shù)；中斷1作用是對(duì)電源欠壓和插卡中斷等進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)。3）顯示子程序，完成顯示功能。4）電磁閥控制子程序，完成控制電磁閥開(kāi)、閉功能。5）IC卡的讀寫(xiě)子程序，完成IC卡的讀寫(xiě)功能。 主程序主程序就好像一棵樹(shù)的主干，將各個(gè)子程序連接起來(lái)，決定各個(gè)子程序的順序和位置，是整個(gè)系統(tǒng)軟件成功的關(guān)鍵。在IC卡智能煤氣表中，主程序順序完成以下功能：1）系統(tǒng)初始化程序。 2）判斷電壓是否過(guò)低。如果電壓過(guò)低，則聲光報(bào)警并把顯示器置欠壓標(biāo)志，然后關(guān)閉閥門(mén)。3）判斷是否有IC卡插入。如果有，進(jìn)行IC卡讀寫(xiě)操作等一系列處理程序。4）判斷系統(tǒng)是否開(kāi)氣。若開(kāi)氣，則啟動(dòng)中斷服務(wù)0子程序，即耗氣量計(jì)數(shù)電路程序。5）判斷系統(tǒng)是否關(guān)氣。但系統(tǒng)沒(méi)關(guān)氣時(shí)，且當(dāng)用戶停止使用煤氣15分鐘后，響應(yīng)定時(shí)器0中斷，使 CPU 進(jìn)入掉電操作狀態(tài)。6）判斷可燃?xì)獾臐舛仁欠襁^(guò)量。若可燃?xì)獾臐舛冗^(guò)量，則進(jìn)行聲光報(bào)警，然后返回主程序。圖41所示為IC卡智能煤氣表的主程序框圖。 中斷服務(wù)程序 中斷 0和中斷 1都采用下降沿觸發(fā)。當(dāng)傳感器發(fā)出計(jì)數(shù)脈沖，響應(yīng)中斷 0，執(zhí)行中斷0服務(wù)程序。插卡中斷和電源欠壓中斷相與，與INT1相接，執(zhí)行中斷1服務(wù)程序。 圖42所示為中斷 0服務(wù)程序框圖。因?yàn)椴蹇ê颓穳汗灿弥袛?1，所以中斷 1服務(wù)程序要通過(guò)判斷來(lái)執(zhí)行不同的程序，框圖如圖43所示。圖41 IC卡智能煤氣表的主程序框圖 Master routine diagram of the IC card smart Gas Meter IC卡的插入與退出識(shí)別是通過(guò)IC卡適配插座上的感應(yīng)開(kāi)關(guān)SW2來(lái)識(shí)別的。如果沒(méi)有IC卡插入，SW2與 SW1接通，SW2輸出低電平，如果卡己插入到正確的位置，SW2將脫離 SW1，使SW2的輸出信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而引發(fā)中斷。圖42 中斷0服務(wù)程序 Interrupt 0 servicing procedures圖43 中斷1服務(wù)程序Fig. 43 Interrupt 1 servicing procedures 顯示子程序　　顯示內(nèi)容包括煤氣表中的剩余煤氣量、插卡錯(cuò)誤提示和欠壓提示。從EEPROM中取出剩余煤氣量（十六進(jìn)制數(shù)），轉(zhuǎn)換成BCD 碼形式，再送到LCD顯示，用戶可隨時(shí)查看煤氣的使用情況。插卡錯(cuò)誤顯示“E”、欠壓顯示“C”，并輔以聲音報(bào)警，使用戶能及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并明確問(wèn)題原因。如圖44所示，為顯示子程序框圖。 電磁閥控制子程序電磁閥控制子程序配合相應(yīng)的硬件，完成開(kāi)閥關(guān)閥功能。低電平時(shí)，三極管T1截止，電磁閥ZCM關(guān)閉；，三極管T1導(dǎo)通，電磁閥ZCM開(kāi)啟。調(diào)試程序從各個(gè)子程序塊開(kāi)始，以顯示子程序、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)程序、IC卡讀寫(xiě)子程序和開(kāi)關(guān)閥子程序的順序分別調(diào)試，當(dāng)每個(gè)子程序都能正常運(yùn)行后，將它們連接成完整的程序。聯(lián)機(jī)調(diào)試成功后，將程序固化在AT89C51芯片內(nèi)，脫機(jī)調(diào)試。最后，整個(gè)軟件系統(tǒng)運(yùn)行正確，完全滿足功能要求。圖44 顯示子程序框圖 Demonstrates the subroutine diagram 圖45 開(kāi)閥子程序 opening valves library 圖46 關(guān)閥子程序Fig. 46 close valves library IC卡的程序框圖設(shè)計(jì)在IC卡智能煤氣表的程序設(shè)計(jì)中，IC卡的讀寫(xiě)程序是一個(gè)很重要的模塊。IC卡卡座與單片機(jī)的硬件接口如圖319所示。單片機(jī)工作時(shí)，采用中斷方式檢測(cè)插卡信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到有卡插入時(shí)，單片機(jī)進(jìn)入IC卡工作流程，其流程圖如圖47所示。圖47 讀寫(xiě)IC卡的程序流程圖Fig. 47 write IC card procedures flowchart5 經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性分析本文設(shè)計(jì)的IC卡智能煤氣表，利用了IC卡較好的安全性和一定的獨(dú)立性，使用簡(jiǎn)捷方便。IC卡煤氣表的成本也較低，比如AT89C51片子的市場(chǎng)價(jià)不超過(guò)10元錢(qián)，其它的配套設(shè)備價(jià)格也比較合理，而采用這種煤氣表表還有如下優(yōu)點(diǎn)：1）由于社會(huì)發(fā)展居民生活水平提高，室內(nèi)普遍裝修，而且人民越來(lái)越重視隱私權(quán)，越來(lái)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(lái)極大的不便。采用IC卡智能煤氣表不但能解決這些問(wèn)題，而且保證了查表的收費(fèi)率和企業(yè)資金的收回。2）普通煤氣表的生產(chǎn)單位管理費(fèi)用過(guò)高，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，100萬(wàn)戶煤氣用戶，查表和管理人員約需600~1000人，年費(fèi)用1000萬(wàn)元左右，增加了相應(yīng)的生產(chǎn)成本。而采用IC卡智能煤氣表就可以節(jié)省這些費(fèi)用，大大節(jié)省成本和管理費(fèi)用。3）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。采用IC卡煤氣表，可以提高工作效率，用戶只需購(gòu)卡沖值，計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確。4）用戶和收費(fèi)人員竊氣、作弊、拒交費(fèi)用時(shí)有發(fā)生，造成煤氣費(fèi)少收、漏收，費(fèi)用流失嚴(yán)重。如日供氣100萬(wàn)立方米能力下，收費(fèi)率提高一個(gè)百分點(diǎn)，每年就可增收365萬(wàn)立方米的煤氣費(fèi)。而實(shí)際上少收、漏收費(fèi)遠(yuǎn)高于此，有的地區(qū)高達(dá)20%以上。以某城市為例，國(guó)家規(guī)定供氣收費(fèi)漏收率為12%，而實(shí)際漏收率大于14%，即可增收1000多萬(wàn)元。采用IC卡煤氣表可以避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，減少了國(guó)家的損失。IC卡智能煤氣表與現(xiàn)有的模式和產(chǎn)品相比較是符合我國(guó)國(guó)情的，是一種現(xiàn)實(shí)的選擇?，F(xiàn)有的模式和產(chǎn)品為：1）近年來(lái)電信產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展使中國(guó)居民電話的擁有率已有很大的提高，但還沒(méi)有完全的普及，而且三大運(yùn)營(yíng)商之間互相區(qū)分，難以采用電話線抄表。2）中國(guó)居民在銀行中有個(gè)人結(jié)算帳戶的很少，無(wú)法實(shí)現(xiàn)銀行結(jié)算，即使可以，銀行結(jié)算仍需向用戶提供帳單和簽收，以及無(wú)法解決用戶拒不交款的問(wèn)題。3）戶外集中抄收，主要是解決了煤氣公司抄表的問(wèn)題，在收費(fèi)方面沒(méi)有對(duì)用戶進(jìn)行監(jiān)督的作用，而且尚沒(méi)有能適應(yīng)中國(guó)北方戶外條件下應(yīng)用的煤氣表。4）三表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)也存在許多問(wèn)題：如硬件投資較大（目前一塊住戶三相電表800元左右，一塊智能水表、智能煤氣表也要600元左右，加上埋線費(fèi)、信號(hào)采集器、數(shù)據(jù)集中器、計(jì)算機(jī)組網(wǎng)費(fèi)用將會(huì)是一筆可觀的支出。）、可靠性安全性不高、管理系統(tǒng)復(fù)雜等，而且還存在和煤氣公司、銀行等相關(guān)部門(mén)協(xié)調(diào)的問(wèn)題，就目前而言還不具備推廣的條件，有些智能小區(qū)作了初步的嘗試，也不是很成功。對(duì)于舊居民區(qū)來(lái)說(shuō)，進(jìn)行改造的難度更大。綜上所述，IC卡智能煤氣表，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都是符合我國(guó)國(guó)情需要的，是一種比較合理的選擇。6 結(jié)論本課題所研制的IC卡智能煤氣表，實(shí)際上是由IC卡、計(jì)量電路，控制電路及控制閥門(mén)構(gòu)成的流體測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)軟硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試，基本完成功能要求。如該系統(tǒng)可自動(dòng)讀取 IC卡中購(gòu)氣量、開(kāi)啟閥門(mén)，自動(dòng)檢測(cè)及顯示用氣量，并從剩余氣量中扣除，當(dāng)剩余氣量低于一定值時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示并關(guān)閥。同時(shí)該系統(tǒng)還具有錯(cuò)卡、欠壓報(bào)警、關(guān)閥等保護(hù)功能?！　≡撓到y(tǒng)具有功耗小，體積小，重量輕，成本低以及可靠性高等特點(diǎn)。容易被推廣使用。本課題的研究可為其他智能儀表的研制提供技術(shù)參考。由于本課題的技術(shù)涉及面較寬，既有硬件設(shè)計(jì)，又有軟件設(shè)計(jì)，故本課題中的某些缺陷和不足之處在所難免，尤其是一些軟件框圖的設(shè)計(jì)需要做進(jìn)一步的完善和提高。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，IC卡智能煤氣表可以作進(jìn)一步的研究，比如，一卡多用，即將煤氣表，水表，電表等集成為一個(gè)多功能智能系統(tǒng)。另外還可以進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)，將智能煤氣表的硬件系統(tǒng)集成為專用芯片，以進(jìn)一步降低功耗和成本。　　　　致謝經(jīng)過(guò)半年多的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我既鞏固了已經(jīng)學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)，又學(xué)到了許多新的理論知識(shí)。通過(guò)理論與實(shí)踐的相結(jié)合，使得大學(xué)四年所學(xué)到的各個(gè)方面的專業(yè)知識(shí)得以融會(huì)貫通。在體會(huì)實(shí)際困難的同時(shí)我也深深的體會(huì)到實(shí)踐與理論的差距。設(shè)計(jì)中，既要全面掌握理論知識(shí)，又要洞悉實(shí)際元件的工作原理；既要有信息，又要有耐心，其設(shè)計(jì)流程的思路更為重要。通過(guò)查閱資料和請(qǐng)教老師，豐富了自己的理論知識(shí)，開(kāi)闊了見(jiàn)識(shí)，對(duì)實(shí)際問(wèn)題有了全面的了解和掌握，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我得到了呂振老師的細(xì)心指導(dǎo)和大力支持，老師的那種誨人不倦，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)給我留下了深刻的印象。在此，對(duì)老師的幫助表示衷心的感謝！同學(xué)的幫助使我能夠順利完成本次設(shè)計(jì)，在這里同樣表示誠(chéng)摯的感謝。老師和同學(xué)們的共同幫助為我的大學(xué)生活畫(huà)上了一個(gè)圓滿的句號(hào)。由于本人的水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，設(shè)計(jì)中難免有疏漏和錯(cuò)誤之處，希望老師能夠給予諒解，同時(shí)也希望老師加以批評(píng)和指正，使我在以后的學(xué)習(xí)和工作中取得更大的進(jìn)步。參考文獻(xiàn)[1] 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