CN2783278Y

CN2783278Y - 一种ic卡智能燃气表

Info

Publication number: CN2783278Y
Application number: CN 200520078596
Authority: CN
Inventors: 聂健; 陈渝
Original assignee: XI'AN HUAFENG INVESTMENT DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: XI'AN REDX GAS METER CO., LTD.
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2015-04-11

Abstract

本实用新型涉及一种IC卡智能燃气表，其静态功耗小，用户使用过程中不需频繁更换电池，不易出现乱数、掉数及IC卡锁死现象，并能防止各种人为破坏性掉电而造成的系统紊乱及长通表问题。本实用新型包括单片机，单片机外围分别连有液晶显示及驱动单元、EEPROM数据存储单元、IC卡读、写接口电路单元、信号采样及磁保护电路单元、单片机掉电复位电路单元、阀门驱动电路单元、按键显示电路单元、电源掉电检测电路单元、电源低电压检测电路单元、单片机在线编程电路单元。

Description

一种IC卡智能燃气表

一、技术领域：

本实用新型涉及一种计量用燃气表，尤其是涉及一种IC卡智能燃气表。

二、背景技术：

IC卡燃气表是传统燃气表技术与当今电子计算机技术相结合的高科技产品。与传统燃气表产品相比，主要优势在于实现预付费功能。杜绝了传统燃气表产品在交付用产使用过程中，由于各种非正常因素造成的气量损失及气款结算的过度滞后。该技术性能可靠，使用安全、方便，配合网络化售气管理系统，实现了售气管理、用户数据管理的自动化，成为燃气计量产品智能化发展的方向。

早期IC卡燃气表技术由于控制器硬件设计在核心器件选型上具有一定的局限性以及设计原理上的缺陷，普遍存在一些致命性问题，这些问题主要反映在以下几个方面：①静态功耗大，造成用户使用过程中短期内频繁更换电池。②IC卡与控制器在数据通讯过程中易出现乱数、掉数及杀卡(IC卡锁死)现象。③系统掉电及上电过程中易出现气量丢失和乱数现象。④由于硬件结构设计不当，遇人为破坏时，易造成长通表问题。以上问题已成为几年来IC卡燃气表技术发展的顽疾，至今仍没有一套完整有效的解决方案。

三、实用新型内容：

本实用新型为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种IC卡智能燃气表，其静态功耗小，用户使用过程中不需频繁更换电池，不易出现乱数、掉数及IC卡锁死现象，并能防止各种人为破坏性掉电而造成的系统紊乱及长通表问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和效果如下：

一种IC卡智能燃气表，其特殊之处在于：包括单片机，单片机外围分别连有液晶显示及驱动单元、EEPROM数据存储单元、IC卡读、写接口电路单元、信号采样及磁保护电路单元、单片机掉电复位电路单元、阀门驱动电路单元、按键显示电路单元、电源掉电检测电路单元、电源低电压检测电路单元、单片机在线编程电路单元。

上述单片机外围还连有升压电路单元，升压电路单元与电容低电压检测电路单元连接。

上述阀门驱动电路单元采用晶体管偶合放大电路，阀门采用机电一体化双向无堵转阀门，

上述单片机为FLASH型可重复编程单片机。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、为保证系统微功耗，最大程度延长电池使用寿命，系统设计在单片机选型、“EEPROM数据存储单元”、“液晶显示及驱动电路单元”、“升压电路单元”等部分都充分考虑到功耗问题，并提出解决方法，配合单片机软件设计，将休眠时的I/O端口均置于最省电状态。通过以上措施，本系统的实际静态功耗为小于5uA，单节锂电池的使用寿命理论上可达到5年以上，4节5#普通电池使用寿命可达到1年以上。产品实际使用中已达到上述指标要求。

2、针对IC卡与控制器在数据通讯过程中易出现乱数、掉数及杀卡(IC卡锁死)的问题，该系统设计中通过防抖动技术和抗静电技术，配合软件设计中的数据传输校验和IC卡误码计数终止思想，有效的解决了以上问题的提出。

3、针对系统掉电及上电过程中易出现气量丢失和乱数问题，本系统将掉电检测从低电压检测电路中分离出来，单独判断，并设计增加单片机掉电复位电路，以防止单片机由于零界工作电压点所造成的系统掉数、乱数及易死机等问题，实际使用效果明显。

4、对于由于硬件结构设计不当，遇人为破坏时，易造成长通表问题。主要表现在有些系统以电池盒的结构设计取代硬件电路设计中的大容量电容，当用户更换电池打开电池盒盖时，通过结构设计中的微动开关判断是否有换电池的动作，这样就必然存在长通表的问题；本系统设计采用小型超大容量电容，既不增加整表的结构设计难度，又可以圆满解决系统掉电保护问题。

5、电路板优化设计：电路板设计、布局是可靠实现硬件原理设计的关键。本系统在电路板设计布局中解决了前期产品设计中存在的缺陷，采取了许多有利于系统可靠性的有效措施，使得电路板布局更趋合理，在系统微功耗时的抗干扰性大大增强，并考虑到产品生产、检测环节中的工艺要求，使得生产、检测过程中操作简便、合理，最大程度提高生产效率，达到规模化生产要求。另外电路板设计中也充分考虑到产品售后服务、程序软件升级换代的方便性和可操作性。

四、附图说明：

图1为本实用新型的电路原理框图；

图2为本实用新型的电路原理图。

五、具体实施方式：

参见图1、图2，包括单片机，单片机外围分别连有液晶显示及驱动单元、EEPROM数据存储单元、IC卡读写接口电路单元、信号采样及磁保护电路单元、单片机掉电复位电路单元、阀门驱动电路单元、按键显示电路单元、电源掉电检测电路单元、电源低电压检测电路单元、单片机在线编程电路单元，单片机外围还连有升压电路单元，升压电路单元与电容低电压检测电路单元连接。以下对上述各功能单元分别描述如下：

1、单片机(MPU)

单片机是控制系统的核心，所有信号的接收、处理、数据计算及控制指令的发出都由其完成。本系统选用美国微芯公司PIC系列新型单片机，此单片机采用微功耗纳瓦技术，提供22个I/O端口，每个端口可提供25mA的驱动能力，4K~8K FLASH程序存储空间，192Bytes的RAM，35条精简指令集，内置WATCHDOG定时器，8个可由设置中断优先权的中断源，具有省电功能的休眠(SLEEP)模式，宽工作电压范围(2.0V~6V)，多种振荡时钟形式和电源管理模式的选择，工业级环境要求设计，完全适合IC卡燃气表产品的设计要求。

2、EEPROM数据存储单元

数据存储器是用来存储卡号、密码、气量、状态标志及用户其他信息，它通过I2C通讯方式与单片机进行数据传输。本系统采用EEPROM存储器，工作电压1.8V~5V可选，该存储器可将数据可靠存储100年，并可进行10万次有效擦除及写入。此单元工作电源由单片机I/O端口控制，平时处于非工作状态，以防止数据非正常改写和节省系统功耗。

3、IC卡及读写接口单元

IC卡是用来保存用户信息、密码、状态标志和购气气量的介质，同样也是通过I2C通讯方式与单片机进行数据传输，对于用户来说IC卡是一表一卡，它的密码认证、气量转移是通过单片机来完成。本系统选用的是ATMEL公司的逻辑加密卡，该IC卡具有2级密钥管理，4次误码记数限定，数据保存周期为100年，有效擦除及写入次数为10万次。本系统从使用范围上可将IC卡分为“系统设置卡”、“气量测试卡”、“数据回写卡”、“用户初始化卡”、“用户购气卡”等5种。

IC卡读写接口单元的设计选用高可靠性、长寿命卡座，保证数据读、写成功率，电路设计采用防抖动技术、防非法攻击技术及抗静电干扰技术，以适合复杂人群使用环境和内陆干燥环境的要求。

4、液晶显示及驱动单元

本系统采用液晶显示器，可显示9999.99m³的气量信息和“保护”、“剩余”、“欠量”、“关阀”、“低电”及“错卡”等中文状态提示信息。液晶显示器平时大部分时间处于关闭状态，以节省系统功耗，只有当外部按动显示按键、插卡或有脉冲信号时，液晶显示器才处于工作点亮状态。驱动电路由单片机控制提供液晶显示器需要显示的段码，具有72段(18×4)内部映射显示存储器，工作电压范围2.4V~5.2V，内部256KHz RC振荡器，1/2或1/3偏置选择及1/2、1/3或1/4占空比选择，三线串行接口，通过偏置电阻选择LCD工作电压，通过掉电指令降低驱动电路功耗。

5、信号采样及磁保护电路单元

此部分的功能主要是为单片机提供流量脉冲信号和磁保护电平信号，脉冲信号和磁保护电平信号的发出是由舌簧管完成，设计思想包括防抖动技术和磁保护信号有效性判断技术，以消除误扣气和误保护动作的频繁发生。单片机在接收到有效磁保护信号后，将重要数据保存到EEPROM后，关闭阀门，发出报警显示指令。

6、单片机掉电复位电路单元

此单元主要是为了防止单片机工作电压处于零界工作点(最低工作电压附近)时，I/O端口有可能处于非正常状态，以至于影响外围电路产生误动作，造成系统乱数、掉数和死机等问题。实现思想是当单片机工作电压处于最低工作电压以上某个点时，将单片机强行复位，以防止单片机I/O端口状态紊乱和程序跳飞。此单元同时具有系统上电复位功能。

7、阀门驱动电路单元

阀门驱动单元是指为阀门工作提供符合要求的电流和电压。本系统设计采用晶体管偶合放大电路，可提供超过500mA的阀门驱动电流，阀门采用机电一体化双向无堵转阀门，可靠开、关动作大于5000次，正常工作电流低于50mA。单片机通过2个I/O端口向驱动电路发出开、关指令。驱动电路设计有输入同“高”或同“低”状态保护电路，防止状态异常时损坏驱动电路。

8、按键显示电路单元

此单元的主要功能是向单片机发出显示信号，单片机判断为有效信号后，向液晶显示驱动单元发出点亮指令，显示系统内数据及状态信息。设计思想主要为防抖动处理技术。

9、单片机在线编程电路单元

系统设计选用的单片机为FLASH型可重复编程，利用此功能可以很方便地对单片机程序软件进行升级换代，为产品的研制、生产和售后服务带来极大的便利，同时相对于OTP型单片机由于软件漏洞造成电路板整体报废所带来的损失，其优势显而易见。此单元电路采用2线编程，配合本系统独特的转换编程设计思想，不需昂贵专用编程设备，利用普通烧写器即可可靠反复编程。

10、电源掉电检测电路单元

该单元的功能是完成掉电信号的发出(更换电池等)，单片机在接收到有效信号后，会保存数据到EEPROM，同时关闭阀门，发出提示信息指令。防止各种人为破坏性掉电而造成的系统紊乱及长通表问题。

11、电源低电压检测电路单元

该单元的功能是当电池电量不足时，向单片机发出电池低电压信号，单片机在接收到有效信号后，保存数据到EEPROM，关闭阀门，发出报警显示指令。

12、升压电路单元

当电源电压为6V时，该电路可以省略。当电源电压为3V时，该电路为系统提供5V的标准电源，升压电路的工作由单片机控制，平时处于非工作状态，以节省系统功耗，只有当超级电容内的电量不足或系统从休眠状态唤醒时，才由单片机控制打开升压电路为超级电容充电或进行正常的控制操作。设计思想的关键在于升压电路有效工作时段的把握。

13、超级电容低电压检测电路单元

超级电容的设计作用主要是为系统休眠时提供不低于某个电压点的工作电源和系统掉电后工作电源。为保证超级电容中有充足稳定的电量，超级电容低电压检测电路必不可少，系统在休眠时、唤醒后及掉电后的工作都会有条不紊的可靠完成。

本实用新型主要技术参数：

1、电源电压：DC 3V×1或DC 1.5V×4

2、阀门工作电压：3-6V

3、阀门工作电流：30mA(平均)

4、开、关阀时间：≤1S

5、静态工作电流：≤5uA

6、环境温度：-25℃-60℃

7、环境湿度：≥90％

Claims

1、一种IC卡智能燃气表，其特征在于：包括单片机，单片机外围分别连有液晶显示及驱动单元、EEPROM数据存储单元、IC卡读、写接口电路单元、信号采样及磁保护电路单元、单片机掉电复位电路单元、阀门驱动电路单元、按键显示电路单元、电源掉电检测电路单元、电源低电压检测电路单元、单片机在线编程电路单元。

2、根据权利要求1所述的一种IC卡智能燃气表，其特征在于：所述单片机外围还连有升压电路单元，升压电路单元与电容低电压检测电路单元连接。

3、根据权利要求2所述的一种IC卡智能燃气表，其特征在于：所述阀门驱动电路单元采用晶体管偶合放大电路，阀门采用机电一体化双向无堵转阀门。

4、根据权利要求3所述的一种IC卡智能燃气表，其特征在于：所述单片机为FLASH型可重复编程单片机。