IC卡燃气表的设计方案及主要器件的选用

居民用天燃气的计费多年来一直是由抄表人员定期走家串户抄写每月燃气的数据，进行计算，再收取费用。此方法存在着工作量大，收费时间长，收费困难，效率低的问题。采用IC卡 预付费燃气表是解决上述问题的有效方法。
2 IC卡燃气表的工作原理
IC卡燃气表采用现成的机械式燃气表的计量机构，通过光电或霍尔元件将天然气的流量转为电信号输入单片机进行计量。当从IC卡中读入EEPROM中的用气量被扣除完以前将会提醒用户提前购气，否则一旦用气量被扣除完将会关闭气阀，直到用户购买的用气量读入燃气表中才会重新开启阀门供气。
3 IC卡燃气表的基本结构
IC卡燃气表的组成框图如图1所示，由电源部分、IC卡部分、单片机、EEPROM及显示部分、电磁阀等组成。
3.2 IC卡部分
由于收费系统中采用IC卡存储用户所购买的用气量，如果一旦IC卡被非法复制，必将给煤气公司造成巨大的损失。所以没有加密功能的一般存储器卡是不能用于该系统中的。

图1 IC卡燃气表组成框图
现在有一些单位在IC卡燃气表中采用滚动编码方式，即IC卡采用存储器卡。IC卡与燃气表是一一对应的，IC卡中的用气量一旦被正确读入，燃气表就会自动按照事先设计好的算法，计算出下一次正确从IC卡中读入数据的地址和数据格式并写入IC卡。下一次在购买用气量时，煤气公司的IC卡读写器会根据IC卡中的信息，将用户所购买的用气量按约定地址和格式写入IC卡。从上述可知数据读出之后IC卡即便完全复制成被读出以前的样子仍不能使燃气表正确工作，从而达到保密的目的。但此方法仍不是十分可靠。因为非加密的存储器卡中的内容是可以不受限制地随意读取。不法分子可以拿刚购买了用气量的IC卡用通用编程器将其中的内容读出保存起来，然后将该IC卡插入燃气表，IC卡中的内容将被读出，同时被写入新的加密信息，再用通用编程器将此IC卡中的内容读出，反复多次以后，比较各次IC卡中内容的变化就可能找出其规律，最后就可能破解加密算法，进行非法复制IC卡，牟取不法利益。后果非常严重，轻者使煤气公司遭受一定损失，重者使投资数百万建立的计量收费系统崩溃。所以这里一定要采用带有超长加密位和重试计数器的保密IC卡芯片X76F100。
X76F100的主要技术特点：
64位密码保护且读写密码分开；
密码由用户编写；
带密码重试计数器，只允许8次错误密码输入；
2线串行接口及1M时钟速率；
数据擦写次数10万次；
数据保存时间100年。
3.3 单片机、EEPROM及显示部分
目前市面上供货快捷，价格低廉，性能良好的单片机有LG公司的GMS97系列OTP（一次烧写型）单片机，该系列型号齐全，用户可根据自己的需要选一款资源、性能刚好满足要求的型号就行了，这样硬件资源利用最充分，成本也就降低了。现在有些单位由于考虑到低功耗的原因选用MICROCHIP公司的单片机，其工作电流为2mA，而GMS97L51的工作电流为11mA。但在燃气表中可采用软件和硬件相结合的方法使单片机长期处于睡眠状态，使其长期工作的平均电流与PIC系列单片机一样,甚至更低。单片机采用GMS97L51,由于该芯片有32个I/O口，故信号采集、阀门控制、IC卡读写及LCD显示均可完成，不需另扩I/O口，故存储器可采用带看门狗、上电复位和512字节EEPROM的X25045。其看门狗溢出时间有4档可选：禁止，200ms，600ms，1.4s。上电复位脉冲的宽度为200ms，因此可采用看门狗每隔200ms产生一次复位，加上上电复位所需的200ms，即每隔400ms单片机从睡眠模式中唤醒进行检测、控制和显示，运行时间只有10ms左右，再进入睡眠状态，直到下一次被唤醒，由于燃气表的计数速度很慢，其最小的计量刻度也需几秒，因此上述方法是完全可行的。
燃气表显示采用LCD，电池低压报警和提醒用户购买用气量可采用蜂鸣器。
3.4 电磁阀部分
在IC卡燃气表中，当气量用完后或电池电压过低时会自动关闭气阀。此电磁阀要求功耗很低，阀体全密封，内部密封用橡胶均有抗腐蚀，抗老化的性能，保证长期工作的可靠。阀门的开启和关闭均由燃气表内部的电容的贮能供电，若阀门在开启状态更换电池时，燃气表将首先关闭气阀。阀门只是在开启和关闭的过程中才耗电，平时不耗电。通过改变电磁阀中电流方向来控制电磁阀的关闭和开启。