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1、摘 要为了适应国家的用蒸汽制度的改革，缓解蒸汽部门因先用汽后付费所带来的资金紧张，研究和利用现代智能技术，实现自动供汽势在必行。智能控制器的推广，不仅可以提高蒸汽供应管理部门的工作效率，并在技术上，为节省蒸汽，合理的利用蒸汽创造了条件。本论文是一个关于智能蒸汽预付费控制器的研究，是基于单片机的一种应用和发展。本设计是一单片机为核心，通过单片机读取IC卡的数据并进行处理，并控制外接阀门控制电路，以达到控制供应蒸汽的目的。本论文首先介绍了IC卡的历史和现状，阐述了设计IC卡控制器的关键技术，然后介绍了IC卡的结构和特点，工作原理。再次是详细阐述了包括IC卡读写电路、阀门控制电路、键盘电路、电源电路
2、等在内的硬件电路，最后详细阐述了软件设计部分。关键字：IC卡 蒸汽预付费控制器 单片机AbstractIn order to adapt to the reform of the countrys steam system, and to ease the companys funds pressure because of the method that one will pay for the money after use the steam, researching and using the modern intelligent technologies to achieve aut
3、omatic steam supply is imperative. The promotion of the intelligent controller can not only improve the work efficiency of the steam supply management, but also create the conditions in order to save steam, to reasonably use the steam.This paper is a study based on an intelligent steam prepaid contr
4、oller and based on the application and development of a microcontroller. The core of the design is a microcontroller, then the microcontroller reads and processes the IC card data , and controls an external valve control circuit, and to reach the goal of controlling the supply of steam. Firstly, thi
5、s paper described the history and current status of the IC card. And secondly, it explained the key technology of the design of the IC card controller, and then described the structure and characteristics and the working principle of the IC card. Thirdly, it elaborated hardware circuit including, IC
6、 card reading and writing circuit, the valve controlling circuit, the keyboard circuit, power circuit. Finally，the paper elaborated the design of software.Key words: IC card Prepayment steam controller Microcontroller目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 选题背景及意义11.2 IC卡历史及现状11.3 IC卡预付费控制器关键技术21.4 IC卡预付费控制器的功能2
7、1.5 设计的技术指标31.6 本论文的主要内容3第二章 方案论证与选择42.1 总体方案设计选择42.2 模块电路方案选择62.2.1 时钟电路方案选择62.2.2 阀门驱动电路选择7第三章 硬件设计83.1 智能控制器的主系统83.2 核心芯片83.3 IC卡读写电路93.3.1 IC卡概述93.3.2 IC卡的读写技术93.3.3工作原理103.3.4 SLE4442的电路时序分析113.3.5 IC卡与单片机的连接123.4 液晶显示电路123.5 阀门控制电路143.6实时时钟芯片接口电路173.7电源电路183.8 报警电路193.9 键盘电路193.10 串口通讯电路203.10
8、.1 单片机与流量积算议的通讯203.10.2 单片机与pc机的通讯223.11硬件电路综述24第四章 软件设计及部分程序流程264.1 系统软件开发调试环境264.2程序设计概述264.3主程序274.4 电源电压检测程序284.5 IC卡读写程序284.6 Modbus协议29结 论31参考文献32致谢及声明33附录 系统电气原理图34第一章 绪论在过去的十年里，随着中国经济的发展和城市的规模的扩大，高层建筑，高级住宅越来越多，使得公共福利事业城市燃气化工程有了新的变化。因此给燃气计量，收费，管理提出了更高的要求。过去的查表收费和现代经济发展的管理模式不相适应。并且旧的管理模式最大的缺点是
9、，投入更多的人力和物力，管理成本高，也不安全。因此，智能IC卡预付费控制器的设计，是解决上述问题的有效途径。1.1 选题背景及意义IC卡即智能卡，简称是集成电路卡。英文名称为chip card或smart card。塑料卡基片内部集成电路芯片，密封性非常好，它通常可作为存储、处理和传递数据的载体。IC卡不仅有较强的抗磁干扰能力，而且保密性好，可靠性高。IC卡预付费控制器是在控制器中读入IC卡的数据，利用单片机的数据处理功能，实现对供汽电磁阀门的控制、显示和通讯等功能。随着居民生活水平的改善，时代的进步，人们在追求高品质的生活时，同时追求着效率。过去那种先使用蒸汽，然后靠工作人员抄表收费的方式，
10、不仅不高效，而且让公司支付了抄表工人的这一工种的工资。而预付费控制器可以解决这一问题。它改变了抄表收费的工作方式，取而代之的是让用户先去充费而后再去用汽的方式。这种方式首先消除了抄表人员的抄表的麻烦，用户充气可以更加自由，根据自己的要求，希望用多少，就买多少。这样可以更使得蒸汽用的更加高效，浪费的更少。对于供汽公司，降低了成本，而且解决了资金会紧张的问题。这就是双赢。1.2 IC卡历史及现状IC卡的概念，提出在上个世纪70年代，最初用于交通、金融、医疗、鉴定和其他行业。IC卡控制器是最近十年开发出一种新型控制器。IC卡控制器的发展之路并不是一帆风顺的，尽管其在原理上有着众多的优势，但是在实际情
11、况下却是漏洞很多。主要是技术和质量不过关，一些漏气计量误差等问题使得燃气公司和用户采取了观望的态度。没有市场就没有发展，进而使得IC卡控制器的发展之路充满了坎坷。然而，随着企业继续增加投资和技术开发，IC卡燃气技术和质量水平不断提高，逐渐被用户认可。目前，国内的IC卡控制器制造商估计超过100个。其态势呈现一片美好。国家建设部正是因为看到了其存在的必要性，专门成立了IC卡应用管理领导小组，设立了IC卡应用管理领导小组办公室，同时，为了提高燃气行业的管理水平，促进燃气收费系统的现代管理，国家也制定了相应的行业标准，即CJ/T112-2000IC卡家用膜式燃气表。1.3 IC卡预付费控制器关键技术
12、IC卡预付费控制器是将单片机作为主要处理芯片，简而言之就是用单片机对IC卡中的数据进行读取，然后对这些数据进行判断，从而控制电磁阀门是开还是关，以实现对供气的要求。用户首先到蒸汽公司计算机管理中心进行开户, 交费购气后, 把存储蒸汽量的IC 卡插入用户控制器中， 单片机控制系统读取气量后，电磁阀允许用户用气。此时单片机开始对IC卡的数据进行处理，并通过液晶模块显示表内剩余气量，当气量到一定剩余额时报警提示用户购气。为零时，电磁阀自动关闭, 停止供气。根据用户要求同也可通过后台管理，对用户设置透支功能，购气量耗尽后的用气量将做为负用气量记录并可在售气管理系统中显示出来。此时用户须重新持卡购气,
13、在正常情况下电磁阀处于打开状态。当有人为破坏及故障发生时, 阀门自动关闭。1.4 IC卡预付费控制器的功能作为智能供汽、自动计费的IC卡预付费控制器应具有以下功能：1、根据所购汽量，自动实现供汽、停汽。当用户的IC卡插入卡座时，控制器内的单片机识别确认该卡有效后，打开阀门，进行正常的供汽。一旦用汽量达到IC卡所购汽量，控制器将会自动关闭阀门，不再供汽。2、具有自动报警功能。为了提醒用户及时充值预交蒸汽费，当用汽量剩下最后一定量时，LCD液晶屏上会显示“请购汽”提醒用户及时购汽。蜂鸣器同时会发出响声提醒用户。3、用汽数据回写功能。用户将卡插入时，控制器将用汽数据回写到IC卡中。用汽数据包括累计用
14、汽量、剩余汽量等。4、加密功能。对IC卡及控制器内的信息进行加密，做到一卡一控制器，使系统不易被仿制和非法使用。1.5 设计的技术指标1.数据保存时间：30天；2.输入电源电压：DC24V1V；3.电流输出范围：420mA。4.电流输出能进行手动调节，步进调节范围：1mA/步；5.LCD汉字菜单显示；6.RS-485传输距离：1Km。1.6 本论文的主要内容本次论文各章的主要内容如下:第一章：阐述了研究背景和选题的意义，介绍了IC卡预付费控制器的分类，以及本次设计的关键技术。第二章：主要进行了IC卡预付费控制器的方案论证与选择。第三章：详细阐述了IC卡预付费控制器硬件设计，即IC卡预付费控制器
15、各组成部分的设计，主要包括:主控微处理芯片、信息显示、控制阀门以及通信方式等。对其中各个部件的选型和功能做了方案论证。第四章：详细阐述了IC卡预付费控制器的软件设计，给出了各个子程序模块的流程图。第五章：总结本设计。最后有致谢，附有参考文献，和电气原理图。第二章 方案论证与选择IC卡预付费控制器的工作原理是，用户对IC卡充值，而充值后，IC卡内存储的是钱所对应的购汽量，即工作人员将购汽量等信息写入卡中。用户将卡插入IC卡卡座里时，IC卡控制器内单片机识别IC卡密码，校验并确认无误后，将卡中购汽量写入并存储在IC卡预付费控制器中单片机内的存储器，进而控制电磁阀开通阀门供汽。用户在用汽过程中，单片机会通过对存储器里的数据进行判断，当其大于原先设定好的最低剩余蒸汽值时，IC卡控制器会控制电磁阀门正常进行供气，一旦不满足此条件时，报警系统就会启动，提醒用户及时到供汽部门重新购汽，LCD并显示“请购汽”。当剩余蒸汽量为负时，单片机驱动电磁阀自动关闭，停止供汽并报警。在用户重新购汽读卡存入后，再开通电阀供汽。正常情况电磁阀门会打开，而当剩余蒸汽量为负时或者其它非正常情况时电磁阀门会自动保护自动关闭。并且，控制器的执行情况由控制室的
