基于PIC單片機的智能IC卡燃氣表電控系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)的設(shè)計，介紹了該系統(tǒng)的控制模式、電控系統(tǒng)的硬件電路構(gòu)成、系統(tǒng)軟件設(shè)計及其實際應(yīng)用情況。

關(guān)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(shù)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(yīng)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(tǒng)設(shè)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(gòu)成、系統(tǒng)軟件設(shè)計及其實際應(yīng)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(gòu)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(jié)構(gòu)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，即可從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(guān)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(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(tǒng)電路構(gòu)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(jié)合圖3所示的電路原理圖作進一步介紹。

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(shù)，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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)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３μA。當接收到計量脈沖或有IC卡操作時，單片機由睡眠態(tài)轉(zhuǎn)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(qū)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106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(guān)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)測到該信號后，即控制閥門使其關(guān)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其重新開閥供氣。
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(yīng)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(guān)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(shè)計。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用PIC16C5X精簡指令集編寫。軟件設(shè)計緊密結(jié)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卡信息安全性、軟件運行可靠性及抗干擾等方面進行了精心設(shè)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：
R10BYTE MOVF 80
MOVWF FSR
MOVLW .10 ；讀10個存儲單元
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(jié)子程序