4542.IC卡智能煤气表设计

0 引言作为“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，是IC智能卡的过渡产品。

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，保密性高，芯片上集成了复杂的密码验证与身份鉴别逻辑，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。

1 概论1.1 选题背景随着人们生活水平的提高和环保意识的加强，日常做饭用的燃料已经从木柴、煤等资源浪费严重，污染严重的常规能源转变为使用天然气和煤气，甚至是电等清洁能源了。

在这里煤气表就要发挥其作用了。

机械计数器显示的煤气表已经使用了近一个世纪。

煤气抄表是煤气行业管理和收费的一个重要环节，长期以来，国内一直采用人工抄表。

近年来民用管道煤气（天然气）事业的迅猛发展，煤气用户的增加，煤气的供应量也越来越大。

人口稠密和高层居民住宅不断增加，使得传统的人工抄表显得力不从心。

因此，煤气表的收费问题一直困扰着煤气行业的管理者。

就目前煤气公司运行的管理方式来看，仍然是煤气用户先用气，后收费。

在本月底或下月初由各服务站的收费人员去收取煤气费。

这种收费方式的优点就是可以定期检查用户室内的煤气设施，杜绝跑、漏气的事故隐患，确保安全供气。

但同时也存在着以下一些问题：1）入户难：由于居民生活水平的提高、家庭财产价值越来越高、越来越重视隐私权等原因，用户不希望被人打扰；同时入户抄表只能在早、晚居民休息时间，抄表人员实际可利用抄表时间较短，因而使抄表率、收费率达到专业公司要求很难，燃气费漏抄、欠收、漏收严重，实际收费远低于统计值，费用流失严重。

2）管理费用开资过高：如10万户燃气用户，抄表和管理人员有40-60人，年费用需要近100万元。

特别是随着城市的发展，抄表收费问题更为突出，严重制约了供气公司的发展。

3）抄表劳动强度加大：抄表收费人员工作条件差、效率低、劳动强度大；由于楼层越来越高、各住户逐步装修，所以入户难，且只能在早、晚入户抄表收费；各地收费人员遭抢或犯罪分子冒充收费人员入室作案时有发生，影响社会安定；现行抄表收费大多是人工抄表、人工收费、手工结算，效率低、误差大，已不适应企业管理现代化的要求。

4）问题多：用户、收费人员窃气、作弊、拒交费用时有发生，造成各类费用不能及时准确的收缴。

签于人工收费存在的这些问题，近年来国内许多大专院校、科研所都在研制自动抄表系统和电脑收费管理系统，从而为我国的煤气行业抄表从人工到自动成为可能。

一些厂家的科技人员开发出一种新型的预收费IC卡智能煤气表，解决了现行收费方式中的入户难、先用气后收费等问题。

IC卡智能煤气表是近十几年发展起来的新型燃煤气表，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。

与传统的皮膜式燃煤气表相比，它更具备了精确计数功能、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[1]。

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卡智能煤气表是今后的发展必然方向。

1.2 我国煤气计量技术的发展十几年前甚至现在，很多落后地区还是用最原始的抄表方式——“亲自登门拜访”。

传统的煤气表需要抄表人员定期挨家挨户抄取数据，结算出费用后，再到各家索取，误差大、统计工作量大，人为的错误给物业管理和用户带来极大不便。

随着城市燃气的发展以及人民生活水平的提高，燃气民用户数量逐年增加。

抄表难、收费难困扰着众多的煤气公司。

抄表人员的不断增加提高了燃气公司的经营成本，也给管理带来许多麻烦。

在上个世纪八十年代，随着微电子技术的发展，新型电子载体相继面世，家用煤气表的计量方式出现了许多新的方法，例如采用电话网抄表，通过电视电缆、甚至电力线载波抄表，利用无线电数传抄表，发展磁卡煤气表等。

但九十年代初，因磁卡的信息容量小，容易被复制等原因而逐渐被IC卡所取代，于是IC卡燃气表应运而生。

这些方法旨在避免原进户抄表的一系列弊端；实现预收费；便于查找用户挡案等方面，获得较好的经济效益和社会效益[2]。

“大力推进国民经济和社会信息化，是覆盖现代化建设全局的战略举措。

以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展。

”这是国家对信息化建设的总方针，这也是政府要大力提倡和推进行业信息化建设的目的所在。

作为建设行业信息化建设的重要组成部分——建设事业IC卡的推广与应用，是我们在新世纪所面临的重要工作和应用技术发展方向之一[3]。

作为电子信息技术的组成部分——IC卡技术和产品，是推进行业信息化，特别是城市的公用事业信息化的重要手段和应用方向。

积极推进IC卡技术在城市公用事业中的应用一直是我们积极倡导和努力推进的新技术应用方向。

2000年以后，随着IC卡智能煤气表国家行业标准的颁布和关键部件的成熟，一体化IC卡智能煤气表迅速推到市场。

一体化IC卡智能表采用系统设计，阀门装在膜式表里面，从外面看没有任何引线，外观浑然一体，检测和安装都十分方便。

但对部件和整机的可靠性提出了更高的要求。

由于IC卡智能煤气表实现了先交费后用气，解决了燃气公司收费难的一大顽疾，同时根除了抄表预约、抄表难的困扰，降低了经营成本，提高了燃气公司的管理水平和办事效率，加速了资金的流通周转，同时也保证了用户用气的安全性和合理性，增强了透明度[4]。

建设部作为行业主管部门，在《2000年小康型城乡住宅科技产业工程示范小区规划设计导则》中，明确提出要求彻底解决入室抄表问题。

在《中国城市燃气行业2000年技术进步发展规划》中更是明确提出：要在2000年逐步解决燃气入室抄表收费问题，并指出：这既是社会文明的需要，也是燃气部门改善传统的经营方式，适应社会主义市场经济的需要。

按照建设部2003年建科函242号《关于建设事业IC卡五年发展规划的通知》中指出：“在供水、燃气、供热行业实现IC卡率先的比例应达到全国表具使用量的15％”，截止2003年，据统计在全国300多个城市中，IC卡表的使用总量达到了400万台。

随着西气东输工程的顺利完工，在全国将会出现新一轮的管道用气发展高潮。

由于预付费IC卡在技术上的更新，质量上的进步，售后服务上的不断完善，IC卡表将形成一个巨大的市场。

现阶段我国拟采用IC卡智能煤气表比较合适，其发展势头迅猛，锐不可当。

1.3 国外煤气计量技术的发展在过去的150年里，煤气界一直使用机械膜式煤气表来测量用户所使用的煤气量。

这种煤气表的操作原理同一对真空膜盒一样，打开让一定数量的煤气进入然后关闭，表上就会记录下使用的数量单位。

英国和海外一些国家的煤气消费家庭以及绝大多数商业区、工业区均使用膜式煤气表，仅个别大型工业煤气消费用户使用循环变容或涡轮式机械煤气表，但占得比例很小。

然而，在膜式煤气表的基本功能多年来无变化的同时，电子仪器的应用却得到广泛的发展并不断扩大信息及服务范围。

人们想摆脱传统煤气表的主要动力产生于本世纪80年代。

当时的住宅建设者们开始越来越喜欢全电子家庭。

他们说这是因为煤气表太笨太难看了。

作为对来自市场这些征兆的反应，英国煤气公司组成了一个工作组来评价某些技术方案。

鉴于需要改进工作和精度、降低成本并与未来的自动读表相衔接，工作小组得出的结论是新型的煤气表应该是电子的。

1987年，英国煤气公司举办了有35本国及海外煤气仪表制造商参加的研讨会，并提出需要生产一种技术性能特别精确的新型煤气表。

新型煤气表应设计得象标准建房用砖那样大小的尺寸，在成本不高于膜式煤气表的前提下，性能至少应与其相等。

另外对于表的精度要求还应考虑到煤气温度的影响、与新型表读出技术兼容和采用标准设计以便能与辅助设备（调节器、控制器）相匹配。

在英国煤气公司进行大量实验室试验和现场试验的基础上，英国各煤气用户现已选用新型的超声煤气表来取代现行的膜式煤气表。

与此同时，国外的其他国家也在进行电子煤气表的研究。

法国的施伦堡研究中心在试验利用超声、射流和硅传感器的电子煤气表。

日本的主要煤气供应公司所进行的研究侧重于射流煤气表，而美国的研究则集中在新式容积膜式煤气表和射流振荡器上。

在英国煤气用户中广泛使用的还有电子预付费煤气表。

增加标准膜式煤气表的电子功能，不仅能使其与自动读表系统联网，而且也能使它们提供各种信息和服务。

初始阶段的预付费煤气表是用硬币来操作，后来为防盗起见改用塑料辅币来代替硬币。

最近又研制出一种完善的、可靠的、经济的电子辅币煤气表称作定额系统。

该系统使用一种精制卡将赊账额由煤气的“出售点”（煤气站、邮局或商店）转给用户的煤气表。

精制卡比信用卡稍厚一点，含有一个微处理器，载有一定的信息。

因此能沟通用户表与煤气付费点之间的联系。

从19世纪以来，传统的计量技术没有多少改变，而采用先进的仪表读出技术的新型超声煤气表的问世，却改变了全球煤气行业的这一现状。

英国煤气公司的新型电子煤气表和电子预付费煤气表改变了传统的煤气计量技术，是一个重大突破。

2IC卡智能煤气表的设计方案随着现代微电子技术的迅速发展以及单片机技术的日趋成熟，在新型煤气表的开发设计中使用微电子技术，以单片机为处理核心实现流量数据的采集与累加已经成为一种趋势。

普遍的设计思想为：将机械信号转化电子信号，通过数据采集接口传递到单片机控制系统。

现有的IC卡煤气表从可靠、实用、成本控制等方面综合考虑，一般都采用普通的干电池作为供电的电源，但是普通的干电池电量有限，因此，如何解决系统的功耗问题，降低系统的整体功耗，是系统得以真正实用的关键问题。

由于IC卡煤气表系统直接安装在用户家中，因此存在各种电磁干扰[5]。

同时，系统本身也有执行机构电磁阀，本身就是很大的电磁干扰源，所以，如何提高系统的抗干扰能力，包括软件和硬件抗干扰措施，使系统可靠、安全，是整个IC卡煤气表系统设计中所要重点考虑的问题之一。

2.1 IC卡智能煤气表的工作原理IC卡智能煤气表是在普通煤气表的基础上再加上电子控制器、一个阀门以及在机械计数器的某一位字轮处加一个取样用脉冲发生器(如光-电干簧管、霍尔元件等)。