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1、（冶金行业）应教卢子权智能化煤气表的设计河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：智能化煤气表的设计学生姓名：卢子权所在院系：机电学院所学专业：应用电子技术教育导师姓名：洪新华邵锋完成时间：2009年5月20日摘要目前使用的机械式煤气表存在较大的弊端，给管理部门和用户带来了很大的不方便，为了能从根本上解决此问题，设计一种新型的智能煤气表收费系统就显得十分必要。针对这种情况，本文设计了智能IC卡煤气表系统，以实现煤气收费管理的电子化和信息化。本设计是基于AT89S52单片机控制的煤气计费模块，控制简单，设计中采用非接触式智能卡模块实现预付费功能，具有严谨的保护和防作弊功能；系统具备液晶
2、显示功能，利用RT1602液晶显示模块显示余额、用气量等数据；为了保证系统的稳定性和可靠性，该设计中还加入了掉电保护模块，保护用户数据不丢失，使计费系统实现自动化和最优化。关键词：煤气表,非接触式卡,预付费,单片机TheDesignOfIntelligentGasMeterAbstractThemechanicalgasmeteratpresenthasabigdisadvantagestothemanagementandtheusersagreatdealofinconvenience.Inordertofundamentallysolvethisproblem,itisverynecess
3、arytodesignanewtypesystemofintelligentgasmeter.Inviewofthissituation,thispaperdesignedanintelligentICcardgasmetersystemsinordertoachievethegastariffsandthemanagementofelectronicinformation.ThedesignisagasbillingmodulewhichbasedontheMCUAT89S52,thecontrolissimple,thedesigntakethenon-contactlesssmartca
4、rdmoduletoachievepre-paidfunctions,withhavestrictprotectionandanti-cheatfunctions.SystemusetheRT1602-liquidcrystaldisplayfunctiontoshowtheBalancedataetc.Inordertoensuresystemstabilityandreliability,thedesignalsojoinedthepower-downprotectionmoduletoprotecttheuserdataisnotlost,makethesystemenablesauto
5、matedbillingsystemandoptimization.KeyWords:Gasmeter,Non-contactcard,Prepaid,Single-chip目录1 绪论11.1 国家宏观政策11.2 国际上煤气表的发展及收费方式21.2.1 国外煤气表的现状21.2.2 收费方式21.3 国内IC卡煤气表的发展31.4 设计目的31.5 设计中需要重点解决的问题32 整体设计方案42.1 系统组成42.2 整体方案论述43 单元电路53.1 主控电路MCU53.1.1 主控芯片介绍53.1.2 主控电路63.2 流量测量模块73.3 显示电路83.3.1 RT1602介绍83
6、.3.1.1 RT1602引脚说明83.3.1.2 RT1602指令说明93.3.1.3 RT1602的读写时序103.3.2 LCD接口电路123.4 掉电存储模块123.4.1总线的基本原理123.4.2 AT24C02介绍143.4.3 AT24C02硬件电路连接153.5 智能IC卡接口模块153.5.1 Mifare S50卡介绍153.5.2 Mifare S50卡的访问操作与命令163.5.3 读卡器模块173.5.4 硬件电路173.6 电源监控系统183.7 电磁阀控制电路193.8 煤气泄漏报警电路203.9 声光报警电路204 程序设计214.1 主程序流程图214.2
7、非接触式卡读写模块214.3 掉电存储模块234.4 液晶显示模块245 结论24致谢25参考文献26附录1 总体电路图27附录2 液晶显示程序流程图28附录3 主程序29附录4 非接触式卡程序32附录5 掉电存储程序43附录6 液晶显示程序461绪论1.1国家宏观政策随着社会的进步，人民生活水平的不断提高，城市管道煤气已逐渐进入千家万户。煤气作为一种清洁和高效的能源已经有越来越多的用户在使用，据不完全统计，截止2005年，我国城市煤气用户已达3200多万。特别是西部大开发“西气东输”计划的启动，管道煤气将向更多的大，中，小城市扩展，用户更会大幅增长，管道煤气已经和水，电一样成为城市的基本设施
8、，给人们的日常生活带来极大的方便。最近中国市场监测中心发布2009年中国煤气表制造行业研究咨询报告，介绍了煤气表制造行业的运行概况，其中大多计费装置是以电子卡式和集中式为主，分别分析了2008-2009年全球和国内煤气表制造行业市场规模及供需发展态势,并详细分析了近几年国内煤气表制造行业市场的产销状况，并对未来三年煤气表制造行业的市场供需状况、竞争格局进行了预测分析。报告同时指出研究和设计新型智能的煤气表对该市场行业的大力推动作用【1】。为了改善煤气部门的经营状况，为了适应社会主义市场经济，同时方便人民群众的生活，国家政策十分明确的提出了要改变目前的查表收费方式。在中国住宅产品发展纲要中明确提
9、出，实现方便查表，不干扰住户，使大量人工查表工作逐步过度到数据化传递，开发智能化（智能卡式，磁卡式）煤气计量装置及接口箱柜。智能化计量装置的开发要达到准确计量（二级精度），抗干扰能力强，稳定性与耐久性可靠，使用安全，防盗等基本技术性能要求。作为“三金工程”之一的金卡工程在我国经过多年的发展，已经取得了明显的成效，但于国外相比仍有很大的差距。IC卡智能终端是由IC卡多功能结算器系统，感应式IC卡收费机系统，IC卡门禁系统，智能IC卡煤气表，水表计费系统，金融商用IC卡，POS机等组成，产品广泛应用于交通，金融，商业，公用事业，社会保障等各个领域，是推进信息产业发展，推进金卡工程的基础产品。近年来
10、，人们对智能IC卡电表，水表，煤气表等进行了很多的研究，使得这些技术越来越成熟，并进入了试用阶段，目前国内许多大中城市以开始逐渐采用。这些政策和指导方针对于智能家居系统的发展具有很大的推动作用，而智能煤气计量系统也将会给人们的生活带来更大的便利。智能IC卡煤气表是一种根据用户IC卡购气量实现自动计量收费，自动控制用气的民用高技术产品，它具有传统人工抄表收费式煤气表无可比拟的优越性，实现了煤气收费管理系统的电子化，信息化和网络化，IC卡煤气表及其收费管理系统已经呈现出广阔的应用前景。1.2国际上煤气表的发展及收费方式1.2.1国外煤气表的现状自从18世纪英国化学家威廉梅尔道克发现煤气以来,人们就
11、开始使用人工煤气了，给人们的日常生活带来方便，但是正因为煤气如此的重要，对煤气使用的管理工作也就显得十分必要。煤气计量表也被列入国家强检目录的强制检定计量器具，因此煤气计量系统也是不断在发展，从原来的机械式到电子式的，再在现今的智能化系统，给人们的生活提供了便利。在当时，煤气的计费通常按照具有一定规格的火孔数量和使用时间来进行推算,但在具体实施过程中却产生了各种各样的困难和矛盾。煤气计量仪器也不断地发展，收费方式也不尽相同，国内外一百多年来一直是采用取查表收费的模式，这种方式极为原始，由抄表人员入户查表计费，然后再由收费员入户收费或将帐单送到用户家，银行结算。目前的管道煤气表，普遍采用容积式煤
12、气表，只能指示累计的用气量，煤气管理部门需要派抄表人员按月来到每家用户抄表，抄表后再进行计费、收费。这种管理人员定期上门抄表及收费这样一种管理方式,导致燃气公司的的工作量很大,管理效率很低，也存在很大的弊端。例如需要大量的抄表人员与收费人员；人为方式弊端多；工作效率低，严重影响居民的生活，给管理部门造成了人力,物力,时间上的极大浪费和不方便，收费也不容易管理，特别是对煤气费用拖欠的用户难以限制，研究开发一种新型的煤气表收费系统十分必要。1.2.2收费方式由于技术条件的限制，一直到20世纪中期仍然没有找到有效的技术手段来解决这个问题。至今许多国家解决这个问题的唯一手段是将煤气表移到户外。虽然英国
13、等国家早就发明了投币煤气表，但由于在户外，储币盒丢失，损坏是一个难以解决的问题，同时由于室外的温度太高，达30度到40度，因而对计量仪器的可靠性提出了很高的要求，同时又要求温度变化对计量进行补偿，因而推广应用上有一定的困难。随着微型计算机技术和微电子技术的出现和发展，收费方式才有所改变，人们发明了磁卡煤气表，电子式煤气表，才出现了真正实用的电子装置，解决了查表收费的问题。目前，许多发达国家采用遥读方式读取用户的用气量后，在银行通过用户帐户进行结算，彻底解决查表收费问题。在美国等国家多半是采用无线遥读的方式，而在欧洲许多国家是采用有线集中读取，即在用户小区内设置煤气计量集中器，通过固有煤气监测网
14、络来测量煤气量，再有计算机统计计算费用。煤气公司计费后，用户在银行结算的方式。今年日本等国家又发展了通过电话线采集用户消费量，利用公共电话网络传输信号，煤气公司统一管理，最后总到银行，银行进行结算的方式，与欧美等国家相比技术上有了一定的优势，具有遥读和遥控的双向功能，且方便，准确【2】。1.3国内IC卡煤气表的发展对于智能IC卡煤气表而言，它的研究要稍微落后于IC卡电表和水表的研究，这主要是因为它的应用面狭窄一些，而且，气体的计量技术也比水和电的计量技术难度大，测量技术发展的限制了智能煤气表的发展。目前已经开发出了一些产品并投入使用，但使用的这些IC卡煤气表都或多或少的存在着一些问题：(1)成
15、本偏高，大多数表的售价在800元左右；电路的功耗比较大，电池的使用寿命比较短。(2)目前国内生产的卡式表大都是从煤气表生产厂家购入煤气表后在煤气表的入口前安装一个关断阀门，在计数器部位增装预收费系统，按照这种技术路线生产出来的煤气表有些技术特性很难达到国家标准的要求，如压力损失。真正意义上的卡式煤气表的关断阀应该是设置在煤气表的内部，是机电一体化的装置，而不是在煤气表之外又加上一个阀门。1.4设计目的为了克服机械式煤气表存在的问题和缺陷，以及现收费方式的弊端，研究新型的智能煤气计费系统就很必要了，该设计的目的就是为了克服老式煤气表和收费方式的弊端而设计的，使煤气计量更精确，减少人为弊端，同时解决市场上煤气表种类繁多价格昂贵的现状，为以后煤气表的发展方向做一个展望，逐渐向智能化、管理集中化发展。设计中考虑成本问题，使用材料性价比高的模块，尽量降低成本。本设计利用智能IC卡和单片机控制相结合的技术使计费系统实现智能化和最优化。1.5设计中需要重点解决的问题现行的智能化的煤气表是利用先进的IC卡技术和单片机为核心的终端控制设备实现计费和计量，煤气公司将用户所购气量的钱数存在卡内，然后将卡和计量器连接由系统程序完成计费。根据
