IC卡煤气表的设计

本科毕业设计论文题目：IC卡煤气表的设计——软件设计院（系）：电子信息工程学院专业：自动化班级：******学生：王**学号：070411334指导教师：谭宝成苗苗2011年06月摘要ⅡIC卡煤气表的设计——软件部分摘要IC卡智能家用燃气表是以IC卡为信息载体的智能型机电一体化的家用燃气表。它能够实现自动计量收费、自动控制用气,它和售气管理系统配合可实现预付费，从而免去人工入户抄表带来的诸多不便。本文详细论述了IC卡智能家用燃气表的软件设计开发过程。该系统是基于AT89S52单片机实现的。先对IC卡家用燃气表的功能要求进行分析，提出IC卡燃气表的整体设计方案。设计采用模块化，将一个功能作为一个模块，各部分程序都独立的设计，最后主程序通过调用各模块程序来运行。最后完成各模块的设计。以及对程序进行调试。使各功能满足设计要求。关键词：IC卡燃气表单片机摘要ⅡICCardIntelligentGasMeter—SoftwarePartAbstractICCardIntelligentHouseholdGasMeterICCardastheinformationcarrierisbasedonintelligentmechatronicsdomesticgasmeter.Itcanautomaticallymeteringandcharging,automaticcontrolofgas,andgassalesmanagementsystemwhichcanbeachievedwithpre-paid,eliminatingmanualmeterreadingtobringhomealotofinconvenience.ThisarticlediscussestheICcardintelligenthouseholdgasmetersoftwaredesignanddevelopmentprocess.ThesystemisbasedontheAT89S52SCMrealizing.FirsttoICcardhouseholdgastablefunctionrequirementanalysis,someICcardoveralldesignschemeofgasmeter.DesignUSESmodular,willafunctionasamodule,eachpartprogramareindependentdesign,finalmainprogrambycallingeachmoduleprogramtorun.Finallyfinisheachmoduledesign.Anddebuggingofprogram.Makeeveryfunctionandmeetthedesignrequirements.Keywords：ICCardGasMeterMicrocontroller摘要531绪论1.1课题研究背景随着我国国民经济的发展，大中小型企业规模扩大，房地产业蓬勃发展，人民生活水平日益提高，企业和各种居民燃气设施逐渐增多，用气量大增。而长期以来，在燃气供应方面，一直是实行先用气，后交费的政策。原始的人工抄表工作量大，收费时间长，收费困难，效率低，，资金回笼周期长等问题长期困扰着燃气公司，造成企业资金负担过重，给企业带来了损失。近几年来，随着IC卡应用技术的日益成熟，利用IC卡设计的智能燃气表应运而生。1.2课题研究意义作为“金卡工程”主导的IC卡，是一种包含了微电子技术和计算机技术的高科技产品，是当今世界科技发展的必然趋势。IC卡的优越性有：容量大，可靠性高,抗电磁干扰，抗恶劣使用环境，保密性好，对卡上的数据不能任意读/写，信息保存期长，读写方便，读写次数可高达10万次以上。但IC卡本身并不能单独直接使用，只能将IC卡与其它电子设备(如煤气表)结台起来，才能共同构成满足某种社会需要的应用系统。现在城市管道煤气已经基本普及，煤气用户的数量也随之有了很大的增长。作为煤气计费依据的煤气表数量与日俱增，有的城市达几十万甚至上百万用户。面对如此庞大的煤气表用户，抄表、收费工作将是一项十分繁琐的工作，同时由于用户各种客观情况的存在，例如生活水平、居住环境、生活习惯等不一样，给收费工作带来了很大的困难。针对这种现状，设计的IC卡智能煤气表，可以很好的解决传统仪表的抄表和收费等问题。该表实现了先进的IC卡计费功能，并且具备完善的防作弊功能。采用了多种方法提高该表在实用中的可靠性。设置了可燃气报警功能，提高了用户用气的安全性。随着社会的进步，人民生活水平的不断提高，城市管道煤气已逐渐进入千家万户。煤气作为一种清洁和高效的能源已经有越来越多的用户在使用，特别是西部大开发“西气东输”计划的启动，管道煤气将向更多的大，中，小城市扩展，用户更会大幅增长，管道煤气已经和水，电一样成为城市的基本设施，给人们的日常生活带来极大的方便。1.3智能卡表及系统数据交换的安全性分析在智能卡表和预付费管理系统之间，信息的传递是通过IC卡作为传输介质进行的，安全性的主要内容是如何保证IC卡中信息的安全性。摘要53在智能卡表及系统中所使用的都是集成电路卡(IC卡)，集成电路卡的核心是采用集成电路芯片来进行数据的存储。目前广泛使用的IC卡使用的是电可擦除数据存储芯片(EEPROM)，这种芯片读写速度快，掉电后数据可以长期保存，并且数据可以反复进行擦写。安全认证：安全认证用来在读写设备(包括智能卡表)与IC卡进行数据交换之前，首先进行必要的安全认证，用来确认双方身份的合法性。只有双方身份确认后，才能建立相互之间联系的通道进行必要的数据交换。如果双方不能确认身份的合法性，则不能建立进行数据交换的通道。安全认证有两种方式可以实现，一是通过密码进行安全认证；一是通过密钥进行安全认证。(1)读写设备发送密码到IC卡(2)IC卡进行密码比较(3)IC卡将比较结果返回读写设备IC卡在进行密码比较时，如果读写设备发来的密码与IC卡中存储的密码相同，IC卡向读写设备返回密码认证通过的结果，并打开IC卡数据与外部进行交换的权限。如果密码不同，则返回错误结果，IC卡数据与外部进行交换的权限被关闭。在逻辑加密卡中使用的就是这种认证方式，密码认证的方式比较简单实用，是一种常用的安全认证手段。综合上面所讨论的内容，在智能卡表及系统中要具备高的数据安全性，采用安全级别高的IC卡即智能卡(CPU卡)作为传输介质，进行数据的安全认证和有效传输。1.4本课题的分析1.4.1IC卡燃气表的功能作为供气计量，自动计费的IC卡智能煤气表应具有以下功能：1.预付费功能：用户向煤气资源管理管理公司预交一定费用后，奖金额存入IC内，获得相应的可使用的没气量。2.报警功能：当IC卡中剩余金额低于一定值时，煤气表发出声光报警，提醒用户去预交煤气费，给IC卡充值。3.显示卡中余额功能：煤气表可随时显示IC卡中剩余金额，便于用户了解使用煤气情况。摘要534.加密功能：对IC卡进行加密，使系统不易被仿制，或者在IC卡丢失后不可被他人使用。5.掉电保护功能：当系统由于供电设备或其他问题而断电时，会将程序正在运行中产生的重要数据保存到外置存储器中，例如用户当前用气量，计算产生的数据等，保护用户和煤气公司的利益。6.自动控制供、停煤气：当卡内余额用完时驱动电磁阀关闭煤气管道中的阀门，停止供气。7.可对购气量进行累积1.4.2.整体设计方案智能气表本质上是一种微机自动检测系统，由硬件和软件两部分组成。根据以上功能要求，确定系统整体方案如下：智能IC卡燃气表系统由单片机、IC卡、电磁阀、传感器、LCD显示器、报警器、存储器等组成。各部分电路各司其职，共同完成整体功能。设计主要采用单片机作为主要的芯片，当用户购买一定数量煤气后，供气公司即把所购买的气量存储在IC卡上。把IC卡插入气表的卡座，系统在程序的控制下将卡内数据信息传送到单片机内并保存在存储器中，并将此卡内数据清零，以确保一卡对一机，防止多次使用此卡。液晶屏幕将立即显示购气的数量。如果原来的气表中尚有上次剩余的煤气，则新购的气将叠加在原来的数据上并且在屏幕显示。随着煤气用量屏幕显示数值将减少。当IC卡中的金额不足时，会报警响铃；同时关闭电磁阀；续费后，电磁阀开启，功能正常。1.4.3软件设计方案本人主要负责软件部分，即相关模块程序的编写。为能够完成IC卡智能燃气表的功能，设计中的程序设计采用模块化设计，各部分程序都独立的设计，最后主程序通过调用各模块程序来运行。程序设计部分模块包括主程序模块、掉电存储模块、液晶显示模块、IC卡读写模块、功能按键等部分。摘要532程序设计2.1主程序模块当系统开机后，开始运行主程序，在主程序中调用相应的显示子程序、键值的判断和输出操作、流量的采集、计费、现金额的读取以及是否进行读卡的操作等，无论是从性价比上还是从系统可靠性上，以及对于软件调试上来说主控芯片的选择至关重要。2.1.2主控芯片的选择主控芯片MCU采用AT89S52,该单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能COMS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256kbytes的随机数据存储器（RAM），控制器采用11.0592MHz的晶体振荡器使时钟更加精确，具有三个16位定时器/计数器，八个中断源，一个全双工UART串行通道和看门口定时器。并且能用下载线进行在线编程以及调试。2.2.1AT89S52芯片优点1.AT89S系列单片机是以MCS-8051单片机为内核，结合ATMEL公司自身的技术特色构成的，所以AT89S52单片机与MCS-8051单片机是兼容的。2.ATMEL公司把EEPROM和FLASH技术巧妙相结合形成特殊的存储器电路，使其应用领域扩大，在开发应用过程中可以非常方便的进行程序设计和修改程序。在系统工作过程中能有效的保存数据信息不丢失。也就是说，系统掉电不会丢失数据。3.AT89S52单片机采用静态时钟方式可节电。4.可反复进行应用系统程序的调试，因为AT89S系列单片机具有通信下载功能，可现场在线编程、修改、调试带来了极大的方便5.技术性能高，AT89S52单片机适应温度范围宽，抗干扰能力强。AT89S52单片机是AT89系列的增强型产品，功能有了较大的增加。功能增强包括FLASH、工作频率、SPI、看门狗定时器（WDT）等。其中WDT是一种需要软件控制的复位方式。WDT由13位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器（WDTRST）构成。WDT在默认情况下无法工作；为了激活WDT，户用必须往WDTRST寄存器（地址：0A6H）中依次写入01EH和0E1H。当WDT激活后，晶振工作，WDT在每个机器周期都会增加。WDT计时周期依赖于外部时钟频率。除了复位（硬件复位或WDT溢出复位），没有办法停止WDT工作。当WDT溢出，它将驱动RSR引脚一个高个电平输出。2.1.3WDT的使用为了激活WDT，用户必须向WDTRST寄存器（地址为0A6H的SFR）依次写入0E1H和0E1H。当WDT激活后，用户必须向WDTRST写入01EH和0E1H喂狗来避免WDT溢出。当计数达到8191(1FFFH)时，13位计数器将会溢出，这将会复位器件。晶振正常工作、WDT激活后，每一个机器周期WDT都会增加。为了复位WDT，用户必须向WDTRST写入01EH和0E1H（WDTRST是只读寄存器）。WDT计数器不能读或写。当WDT计数器溢出时，将给RST引脚产生一个复位脉冲输出，这个复位脉冲持续96个晶振周期（TOSC），其中TOSC=1/FOSC。为了很好地使用WDT，应该在一定时间内周期性写入那部分代码，以避免WDT复位。a.掉电和空闲方式下的WDT在掉电模式下，晶振停止工作，这意味这WDT也停止了工作。在这种方式下，用户不必喂狗。有两种方式可以离开掉电模式：硬件复位摘要53或通过一个激活的外部中断。通过硬件复位退出掉电模式后，用户就应该给WDT喂狗，就如同通常AT89S52复位一样。通过中断退出掉电模式的情形有很大的不同。中断应