IC卡燃气表控制装置的设计

1前言 1.1 IC卡的起源和作用 ? ?在70年代，随着超大规模集成电路和大容量存储芯片技术的发展，出现了一种集成电路卡（Integrated Circuit Card，简称IC卡），它是将继承集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，并被封装成卡片的形式，其外形与普通信用卡完全相同，尺寸大小符合IS07816标准。人们又称它为智能卡（Smart Card）。 由于磁卡存在着存储量小，功能弱，安全性差等缺点，因此在80年代IC卡的应用有了很大发展。IC卡具有突出的3S特点，即Standard（国际标准化），Smart（灵巧智能化）和Security（安全性）。因而发展迅速，被广泛运用于移动数据计算场合，如银行，电信，交通，广播电视，公用事业等领域。虽然目前世界上磁卡仍然在广泛使用，但逐步被IC卡取代是必然的趋势。IC卡的广泛使用具有重大意义，它将促进人类社会的信息化社会进程，将会成为信息时代的人机接口。人类在信息化社会中，生活的各个方面（衣，食，住，行及文化等）都将离不开IC卡，它将使人类社会中达到“一卡在手，走遍天下”的境地 。 1.2 IC卡技术 IC卡是符合国际标准化组织(ISO)有关标准的集成电路芯片卡,外形与普通信用卡相似,但对IC卡的安全性要求更高。与一般磁卡相比,IC卡具有存储容量大、抗干扰能力强、安全性能高等特点。 IC卡按不同功能可分为： ???????????????????? 存储器卡(用于简单资料保存、身份证卡、电话卡等) ???????????????????? 智能IC卡(应用于电子收费、清帐等) ???????????????????? 超级智能IC卡(应用于银行POS系统等) IC卡按其读写设备的通信方式可以分为： ??????????????????? ??接触式IC卡(通过机械的电气接触同读写设备进行通信) ????????????????????? 无接触式IC卡(通过无线方式同读写设备进行通信) 一般IC卡只由硬件组成,而智能IC卡则由硬件和软件共同组成。因此又是一种微型计算机系统。硬件包括：MPC(微控制器),ROM(只读存储器),RAM(随机存储器),EEPROM(电擦除存储器),SL(安全逻辑),CAU(加密运算协处理器),I/O(输入/输出接口)。软件包括：智能IC卡监控程序或操作系统。 1.3 IC卡的特点和优点 ?(1)国际标准化(Standard)。1987年，ISO(国际标准化组织)、IEC(国际电子技术委员会)针对接触型IC卡制定了国际标准ISO/IEC7816-1、2、3、 4、5、 6。分别规定了卡的物理特性、触点的尺寸和位置，规定了电信号和传输协议、交换用行业命令、标识符的编号系统和注册过程及用于行业间交换的数据单元等内容。 ?(2)灵巧智能化(Smart)。 IC卡的体积小(长、宽、高分别为85.6mm, 54mm及0. 08mm )，存储能量大，(现在已经有2M位的IC卡问世)，而且卡上存储区可以分为几个区，设置不同级别的访问权限，为信息处理及一卡多用提供了方便。IC卡的功能强大，尤其是与其他设备组合起来能提供非常丰富的功能，创造出巨大的经济和社会效益。 ?(3)安全性(Security)。 IC卡系统有较强的加密性，首先体现在芯片的结构和读取方式上，对于加密存储器卡，存储区的访问受逻辑加密电路控制，只有密码核对正确后才能进行读写操作。其密码核对有次数限制，超过规定次数卡自动锁死。尤其是CPU卡除了密码控制外，还可利用内部CPU实现与系统的相互认证，进一步提高系统的加密性。 1. 4 IC卡的发展及应用 ??? IC卡是技术与软件技术的高度结合，它的开发与制造技术相对复杂。一般地讲，IC卡技术至少包括三个方面的技术：硬件技术、软件技术以及与IC卡具体应用相关的专业技术。 在国外，IC卡的发展主要集中在欧洲、日本和美国。欧洲的法国在IC卡硬件研究水平一直处于世界领先地位。 1972年，法国的新闻工作者罗兰·莫雷诺(Roland Moreno)首先提出了智能卡的概念，拉开了IC卡研究的序幕。1976年，法国的BULL公司率先研发出了世界上第一张双晶片(由微处理器和存储器组成)的智能卡，形成了第一代智能卡。1979年，产生了第一台专为设计IC卡的单片机芯片，从而形成了第一代IC卡产品，并随即在法国和瑞士等国得到了应用，当时IC卡多用于银行。日本于1984年在银行首先将IC卡用于资产管理，目前，日本的日立(Hitachi)、东芝(Toshiba)等公司都拥有自己的IC卡产品。美国在磁卡方面的技术比较领先，但是它在IC卡方面的研究却落后于法国和日本。由于美国政府的积极支持和领导IC卡开发、研制和应用，使得美国在IC卡技术的安全性和保密性方面迅速处于世界的领先地位。美国著名的电子公司Motorola公司和IBM都生产IC卡片。现在已在世界各国广泛地应用于电信、金融交通、商业、服务等领域，其技术日趋成熟，应用范围也越来越大。 ? ??IC卡的研究和应用在我国于上个世纪90年代初才开始兴起。我国是一个现金流通量很大的国家，采用现金有诸多不便。为了提高流通领域的业务效率，1993年，我国政府提出了“金卡工程”，在全国范围内，推广和提倡IC卡的大规模的使用。同时，我国政府和科研院所加大IC卡的科研力度。1995年，清华大学与华旭金卡集团联合开发了HXL768型逻辑加密卡，从设计到制片都由我国自行开发和操作，大大地推动了IC卡在我国的发展。1999年，我国工商企业推广发行了100多万张IC卡，遍及20多个省市。 1.5 燃气表的管理和收费方式 现行燃气表的收费管理方式有以下三种： ??? 1.预付费方式：用户先到管理部门缴纳费用，才能取得一定数量的相应能源的使用权，通过用户卡输入IC卡表。 ??? 2.收费方式：用户可以先获得一定数量的相应能源的使用权，通过用户卡将使用信息带回管理部门进行结算缴费。 ??? 3.紧急赊欠状态方式：当控制开关切断用户使用相应能源后，如果用户不能立即去管理部门缴纳费用，可以用某种方式闭合控制开关，暂时恢复相应能源的使用权。 ??? 而现行的抄表收费管理模式有以下三种： ??? 1.人工抄表收费方式：为用户安装普通计量仪表，按固定的时间由管理人员上门抄表和收费，需要管理人员多，工作量大，优点是计量仪表的成本低，采用付费方式容易被用户接受，基本不存在用户能源被切断的问题。 ??? 2.自动抄表收费方式：为用户安装具有通讯能力的计量仪表，通过通讯网络系统自动完成用户计量仪表的数据抄收，再通过金融网点方式以自动或人工方式完成缴费。这种方式技术难度高，通讯网络建设及维护成本大：优点是自动化程度高，节省人力，并很容易实现系统的实时监控。 3. IC卡收费方式：为用户安装具有IC卡接口的计量仪表，通过IC卡作为传输介质，在用户和管理部门之间传输信息，自动实现计量仪表的抄收以及缴费工作。这种方式成本较高，信息传输不及时，同时让用户充当了信息通道的角色，未体现管理部门服务的宗旨。优点是实现了抄表、收费、控制的三位一体，彻底杜绝了欠费现象的发生，管理人员和管理费用少。 1.6 本文的主要工作 ??? 1.对装置进行总体规划、设计，确定要实现的功能和要达到的性能指标。在此基础上对关键的部件如单片机、电机阀、燃气表、IC卡和液晶显示等在满足技术要求、保证可靠性、降低成本的原则上做出较合适的选择。学会各电气元件的使用以及用模糊控制原理解决智能IC卡燃气表控制装置中电机阀这一执行部件的开关状态。 2.完成软件编程和硬件制作，形成一个达到实际要求的完整装置，为早日形成产品进入市场打下良好的理论和实践基础。