基于PIC單片機的智能IC卡燃氣表電控系統設計

摘 要：給出了一種以PIC單片機為核心的智能IC卡燃氣表電控系統的設計，介紹了該系統的控制模式、電控系統的硬件電路構成、系統軟件設計及其實(shí)際應用情況。

關(guān)鍵詞：PIC單片機 智能IC卡燃氣表 電控系統

智能IC卡燃氣表是一種根據用戶(hù)IC卡購氣量實(shí)現自動(dòng)計量計費、自動(dòng)控制用氣的民用高技術(shù)產(chǎn)品，具有傳統人工抄表收費式燃氣表無(wú)可比擬的優(yōu)越性。當前，隨著(zhù)國家金卡工程的深入開(kāi)展和開(kāi)發(fā)大西北西氣東輸計劃的正式啟動(dòng)，智能IC卡燃氣表已呈現出十分廣闊的應用前景。本文介紹了該產(chǎn)品的核心技術(shù)--基于PIC單片機的智能IC卡燃氣表電控系統設計，論述了智能IC卡燃氣表的控制模式、電控系統的硬件電路構成、系統軟件設計及其實(shí)際應用情況。

1 智能IC卡燃氣表控制模式

智能IC卡燃氣表是在常規家用模式燃氣表體上安裝智能測控系統而構成的，該測控系統主要由IC卡、計量電路、電控系統以及氣路控制閥等組成，系統結構如圖１所示。

當用戶(hù)將含有購氣量(以加密數值形式表示)的IC卡插入表內時(shí)，控制閥在電控系統控制下開(kāi)通氣路。用戶(hù)每用一個(gè)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)電控系統判定為有效，即可從已購氣量中減去一個(gè)計量單位，并通過(guò)液晶模塊顯示表內剩余氣量。當剩余氣量為零時(shí)，控制閥自動(dòng)關(guān)閉，氣路即被切斷，此時(shí)用戶(hù)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(shí)控制閥才從接通態(tài)變?yōu)殛P(guān)閉態(tài)。圖2出了三種事件狀態(tài)下控制閥的通斷情況。

2 系統電路構成

智能IC卡燃氣表電控系統電路由低功耗單片機、EEPROM存儲電路、電源電壓監測電路、電池保護電路、液晶顯示及聲光報警電路、IC卡讀寫(xiě)控制電路等組成，下面結合圖3所示的電路原理圖作進(jìn)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(lái)推出的新型單片機系列。它采用先進(jìn)的RISC技術(shù)，具有低價(jià)格、低功耗、高性能、全靜態(tài)、易使用等特點(diǎn)，目前已在儀器儀表、工業(yè)自動(dòng)化、計算機通訊以及民用產(chǎn)品等領(lǐng)域得到廣泛應用。本設計中采用了PIC系列中的主流型號PIC16C57作為電路系統的控制核心。該單片機在靜態(tài)時(shí)處于低功耗睡眠狀態(tài)，功耗小于３μA。當接收到計量脈沖或有IC卡操作時(shí)，單片機由睡眠態(tài)轉為工作狀態(tài)。在本系統中，單片機通過(guò)C5、C6口以I2C 總線(xiàn)方式對IC卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作，以模擬I2C 方式與存儲器IC2進(jìn)行數據通訊，并通過(guò)B2、B4口分別獲取實(shí)時(shí)電池電壓及電源保護信號，通過(guò)輸出口B6、B7控制電控閥動(dòng)作，通過(guò)輸出口A(yíng)0、A1驅動(dòng)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(wú)電源狀態(tài)下長(cháng)期可靠存儲系統內重要數據，工作壽命可達106次。當用戶(hù)卡插入系統時(shí)，卡內密碼、卡號、購氣量及用戶(hù)用氣記錄等關(guān)鍵數據將以密文形式存儲在24LC02B芯片中。

2.3 電壓監測電路

系統采用S80751芯片進(jìn)行電壓實(shí)時(shí)監測，當系統電池電壓在正常值時(shí)S80751的輸出1腳為高電平；當電池電壓低于保護值時(shí)，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(hù)更換電池。

2.4 電源保護電路

為有效保護系統電源，本電路可對電池盒位置進(jìn)行高靈敏檢測。當電池盒被拉開(kāi)時(shí)，保護電路輸出低電平，單片機監測到該信號后，即控制閥門(mén)使其關(guān)斷。直到電池安裝好并將電池盒推入表內正常位置時(shí)，單片機才會(huì )再次控制閥門(mén)使其重新開(kāi)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通訊模塊制作，可漢字顯示欠壓、購氣、關(guān)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和高響蜂鳴器，由單片機控制發(fā)出聲光報警。

2.6 IC卡及讀寫(xiě)電路
IC卡由于具有存儲容量大、數據保密性好、抗干擾能力強、操作速度快等突出優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在世界范圍內得到廣泛應用。本系統采用符合ISO7816國際標準的IC卡，用于可靠存儲用戶(hù)密鑰、購氣量、用氣記錄等關(guān)鍵數據。單片機通過(guò)IC卡讀寫(xiě)電路完成對IC卡信息的讀寫(xiě)，本讀寫(xiě)電路在卡口保護、輔助偽卡識別、確保準確安全讀寫(xiě)IC卡信息等方面都進(jìn)行了精心而合理的設計。

3 系統軟件設計

系統軟件采用PIC16C5X精簡(jiǎn)指令集編寫(xiě)。軟件設計緊密結合智能IC卡燃氣表的控制模式，充分體現了對IC卡信息讀寫(xiě)、卡類(lèi)型判斷、計量信號判斷與數據處理、電壓監測與電源保護等功能，并在IC卡信息安全性、軟件運行可靠性及抗干擾等方面進(jìn)行了精心設計。系統主程序框圖如圖4所示。

下面給出IC卡讀、寫(xiě)的子程序：
R10BYTE MOVF 80
MOVWF FSR
MOVLW .10 ；讀10個(gè)存儲單元
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 ；讀字節子程序