IC卡智能燃气表的设计

目录1、绪论 -------------------------------------------------------------------------------------------- 21.1 推广IC卡技术的意义 --------------------------------------------------------------- 21.2 IC燃气表技术状况分析-------------------------------------------------------------- 32、IC卡技术需要解决的主要技术问题 ---------------------------------------------------- 42.1 影响IC卡安全的基本问题 --------------------------------------------------------- 42.2 安全措施 -------------------------------------------------------------------------------- 42.3 密钥与认证 ----------------------------------------------------------------------------- 43、本文的主要内容及方案论证-------------------------------------------------------------- 53.1 主要内容 ------------------------------------------------------------------------------- 53.2 方案论证 ------------------------------------------------------------------------------- 53.2.1 采用DSP技术实现流量的检测和调节------------------------------------- 53.2.2 采用在智能控制系统中的模糊控制----------------------------------------- 53.2.3 采用PID控制形式-------------------------------------------------------------- 64、智能IC卡燃气表的硬件设计 ------------------------------------------------------------ 74.1 智能IC燃气表系统的整体介绍--------------------------------------------------- 74.2 系统总体的控制过程----------------------------------------------------------------- 84.3 系统局部的控制过程----------------------------------------------------------------- 85、智能IC卡燃气表系统的硬件组成 ------------------------------------------------------ 95.1 89C51单片机管脚特性及相应参数 ----------------------------------------------- 95.2 传感器的功能及其技术参数---------------------------------------------------- 116、发展趋势与对策 --------------------------------------------------------------------------- 12 参考文献----------------------------------------------------------------------------------------- 13IC卡智能燃气表的设计1、绪论1.1 推广IC卡技术的意义随着世界计算机技术和信息技术的发展，全球的信息时代已来临，各国都在高科技领域制订适合自己的发展道路，我国政府正在致力于国民经济信息化的建设，以“金卡工程”为代表的信息化应用工程使我们加速向全球经济一体化进。

作为金卡工程的代表，IC技术无疑是当今世界最优秀应用技术。

IC卡燃气表是近十几年发展起来的新型燃气表，一般由计量传感器电路、微功耗单片机、微功耗阀门、电压测试电路、防窃气电路、流量监测等部分组成。

具有精确记数功能、功能卡传输媒介功能、阀门自动处理功能、非法操作处理功能、欠压处理功能、掉电处理功能、数据下载功能、数据显示与声音提示功能等。

经过广大IC卡生产厂家多年的技术改进和革新，IC卡技术日益成熟，应用也越来越普及。

IC卡燃气表基本解决了气费收费难的问题，同时，随着时代的进步、居民民主意识的增强、生活水平的提高，也要求改变过去落后的上门抄表收费问题，IC卡技术的推广应用，从根本上解决了上述问题，兼顾了企业和用户的利益。

对燃气企业来说：一是解决了入户抄表难的问题；二是解决了催费收费难的问题；三是解决了企业和用户的纠纷问题。

对用户来说：一是消除了抄表人员的打扰和时间预约问题；二是用气自由；三是消除了地方性收费方式的约束限制。

既方便了用户，也减轻了企业负担和诸多难题，简化了操作程序，促进了社会发展，提高了人民群众的生活质量，降低了企业的经济成本，IC卡智能燃气表是今后的发展方向。

1.2 IC燃气表技术状况分析IC卡燃气表具有一系列优点，解决了许多实际问题，但是，IC卡燃气表的发展并不顺利，一些早期使用IC卡燃气表的燃气企业，由于产品质量不过关，给企业带来了巨大的经济损失，计量输差几乎全部由此产生，也使得多数燃气公司对此望而却步，或心有余悸；也造成多数IC卡表生产单位步履维艰，四面楚歌。

目前，国内IC卡燃气表生产厂家较多，估计将超过100家，生产规模大小不一，产品质量参差不齐，技术水平和研究方向也存在较大差异。

因此，在选用过程中，燃气企业必须选择适合当地使用的、具有先进技术性能的IC卡燃气表，同时必须综合考虑仪表的技术指标、安全性能、售后服务等因素，否则，可能因选型不当，仪表故障率高而造成较大经济损失。

国家建设部为加强IC卡技术的应用管理，促进建设事业IC卡应用工作健康、规范、有序、安全、高效地发展，归口领导IC卡应用试点及推广，制订全国建设事业IC卡应用的总体规划和政策法规，特成立建设部IC卡应用管理领导小组，对全国建设事业IC卡应用工作实行归口管理，建设部IC卡应用管理领导小组办公室（简称IC卡办）负责日常管理工作。

为加强IC卡燃气表的质量管理、统一标准，提高燃气行业经营管理水平，促进燃气收费系统的现代化管理，国家也制定了相应的行业标准，即CJ/T112-2000《IC卡家用膜式燃气表》，它是在GB/T6968-1997《膜式煤气表》的基础上，增加了预付费控制器有关技术要求，并遵循有关电子产品的标准。

作为新技术的推广，不同厂家的IC卡燃气表技术是存在较大差异的，大家工作的重点都是致力于解决智能卡的安全问题，其方案千差万别，但是，问题的有效解决无疑是产品成熟的主要标志。

2、IC卡技术需要解决的主要技术问题2.1 影响IC卡安全的基本问题智能卡和接口设备之间的信息交换：这些信息可以被截取分析，从而可被复制或插入假信号；伪造智能卡的出现：伪造智能卡与接口设备之间的信息，使接口设备无法判断出是合法的还是伪造的；操作人员的作弊行为：私下的泄露密钥和人为非法修改信息等；用户的非法攻击：通过各种手段对设备的关键部位进行攻击。

2.2 安全措施对持卡人、卡、接口设备的合法性互相检验；重要数据加密后传送；检验数据的完整性；卡和接口设备中设置安全区，对于任何不合规范的操作，将自动禁止卡的进一步操作；操作人员的责任与道德规范；设置黑名单。

2.3 密钥与认证对持卡人、卡、接口设备之间的相互认证以及数据的加密，均可采用DES 和RSA两种密码算法中的一种；与加密有关的还有解密和密钥管理（密钥的生成、分配、保管、销毁等）；对传输的信息进行加密，以防被窃取、更改；对存储的信息进行加密保护，使得只有掌握密钥的人才可以读取信息。

为防止信息被篡改、伪造或过后否认，对传输的信息进行加密认证是必要的。

以上讨论的问题是在接口设备完整、成熟、具有强大的抗攻击性能的前提下进行的，设备自身的技术落后、设计缺陷或器件失效等引起的一系列问题除外。

3、本文的主要内容及方案论证3.1 主要内容智能IC卡燃气表是近十几年来发展起来的一种新型燃气表，是一种具有预付费功能的燃气计量装置，正在被人们所接受和利用。

本文讨论的是计量的一种：流量计量。

本文将主要致力于对流量的检测、显示及其调节和增量型数字PID 控制算法的探讨。

详细介绍其电控系统的设计组成及算法的实现，并通过调试验证其可行性。

3.2 方案论证3.2.1 采用DSP技术实现流量的检测和调节数字信号处理器（DSP）具有接口方便、编程方便、稳定性好、精度高、可重复性好、集成方便等优点，使得它在许多领域得到了越来越广泛的应用，尤其是在对高速信号采集处理系统，更能显示其优越性。

通常，一个基于DSP的高速信号采集和处理系统主要包括高速A/D、高速缓存、DSP处理器、通讯接口四个部分。

虽然该系统简单可靠性好，具有一定的通用性，可进行多通道扩展，但是DSP系统存在着成本高、功率大、高速干扰和电磁泄漏等问题，不适合本设计的要求。

3.2.2 采用在智能控制系统中的模糊控制模糊控制是基于模糊推理，模仿人的思维方式，对难以建立精确数学模型的对象实施的策略。

控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型，只需要提供现场操作人员的经验及操作数据。

控制系统的鲁棒性强，适应于解决常规难以解决的非线性、时变及大纯滞后等问题。

但由于其控制对象不确定，亦不适合本实验。

3.2.3 采用PID控制形式本文研究的是对智能IC卡燃气表流量的控制，这个控制是这样一个反馈调节过程：比较实际流量和需要控制的流量得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号，再去调节调节阀，从而实现对流量的控制。

该系统采用过程控制中应用最广泛的PID控制形式，PID算法用差分方程近似为：由于燃气表流量控制一般属于一阶对象和带纯滞后的一阶对象，所以式中Kp、Ki和Kd的选择取决于燃气表流量的阶跃特性和实际经验。