專利名稱：一種ic卡智能燃?xì)獗淼闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種計(jì)量用燃?xì)獗?，尤其是涉及一種IC卡智能燃?xì)獗怼?br> 二背景技術(shù)：
IC卡燃?xì)獗硎莻鹘y(tǒng)燃?xì)獗砑夹g(shù)與當(dāng)今電子計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的高科技產(chǎn)品。與傳統(tǒng)燃?xì)獗懋a(chǎn)品相比，主要優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能。杜絕了傳統(tǒng)燃?xì)獗懋a(chǎn)品在交付用產(chǎn)使用過(guò)程中，由于各種非正常因素造成的氣量損失及氣款結(jié)算的過(guò)度滯后。該技術(shù)性能可靠，使用安全、方便，配合網(wǎng)絡(luò)化售氣管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了售氣管理、用戶數(shù)據(jù)管理的自動(dòng)化，成為燃?xì)庥?jì)量產(chǎn)品智能化發(fā)展的方向。
早期IC卡燃?xì)獗砑夹g(shù)由于控制器硬件設(shè)計(jì)在核心器件選型上具有一定的局限性以及設(shè)計(jì)原理上的缺陷，普遍存在一些致命性問(wèn)題，這些問(wèn)題主要反映在以下幾個(gè)方面①靜態(tài)功耗大，造成用戶使用過(guò)程中短期內(nèi)頻繁更換電池。②IC卡與控制器在數(shù)據(jù)通訊過(guò)程中易出現(xiàn)亂數(shù)、掉數(shù)及殺卡(IC卡鎖死)現(xiàn)象。③系統(tǒng)掉電及上電過(guò)程中易出現(xiàn)氣量丟失和亂數(shù)現(xiàn)象。④由于硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，遇人為破壞時(shí)，易造成長(zhǎng)通表問(wèn)題。以上問(wèn)題已成為幾年來(lái)IC卡燃?xì)獗砑夹g(shù)發(fā)展的頑疾，至今仍沒有一套完整有效的解決方案。
三、實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種IC卡智能燃?xì)獗?，其靜態(tài)功耗小，用戶使用過(guò)程中不需頻繁更換電池，不易出現(xiàn)亂數(shù)、掉數(shù)及IC卡鎖死現(xiàn)象，并能防止各種人為破壞性掉電而造成的系統(tǒng)紊亂及長(zhǎng)通表問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下一種IC卡智能燃?xì)獗恚涮厥庵幵谟诎▎纹瑱C(jī)，單片機(jī)外圍分別連有液晶顯示及驅(qū)動(dòng)單元、EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、IC卡讀、寫接口電路單元、信號(hào)采樣及磁保護(hù)電路單元、單片機(jī)掉電復(fù)位電路單元、閥門驅(qū)動(dòng)電路單元、按鍵顯示電路單元、電源掉電檢測(cè)電路單元、電源低電壓檢測(cè)電路單元、單片機(jī)在線編程電路單元。
上述單片機(jī)外圍還連有升壓電路單元，升壓電路單元與電容低電壓檢測(cè)電路單元連接。
上述閥門驅(qū)動(dòng)電路單元采用晶體管偶合放大電路，閥門采用機(jī)電一體化雙向無(wú)堵轉(zhuǎn)閥門，上述單片機(jī)為FLASH型可重復(fù)編程單片機(jī)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下1、為保證系統(tǒng)微功耗，最大程度延長(zhǎng)電池使用壽命，系統(tǒng)設(shè)計(jì)在單片機(jī)選型、“EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元”、“液晶顯示及驅(qū)動(dòng)電路單元”、“升壓電路單元”等部分都充分考慮到功耗問(wèn)題，并提出解決方法，配合單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)，將休眠時(shí)的I/O端口均置于最省電狀態(tài)。通過(guò)以上措施，本系統(tǒng)的實(shí)際靜態(tài)功耗為小于5uA，單節(jié)鋰電池的使用壽命理論上可達(dá)到5年以上，4節(jié)5#普通電池使用壽命可達(dá)到1年以上。產(chǎn)品實(shí)際使用中已達(dá)到上述指標(biāo)要求。
2、針對(duì)IC卡與控制器在數(shù)據(jù)通訊過(guò)程中易出現(xiàn)亂數(shù)、掉數(shù)及殺卡(IC卡鎖死)的問(wèn)題，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通過(guò)防抖動(dòng)技術(shù)和抗靜電技術(shù)，配合軟件設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)和IC卡誤碼計(jì)數(shù)終止思想，有效的解決了以上問(wèn)題的提出。
3、針對(duì)系統(tǒng)掉電及上電過(guò)程中易出現(xiàn)氣量丟失和亂數(shù)問(wèn)題，本系統(tǒng)將掉電檢測(cè)從低電壓檢測(cè)電路中分離出來(lái)，單獨(dú)判斷，并設(shè)計(jì)增加單片機(jī)掉電復(fù)位電路，以防止單片機(jī)由于零界工作電壓點(diǎn)所造成的系統(tǒng)掉數(shù)、亂數(shù)及易死機(jī)等問(wèn)題，實(shí)際使用效果明顯。
4、對(duì)于由于硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，遇人為破壞時(shí)，易造成長(zhǎng)通表問(wèn)題。主要表現(xiàn)在有些系統(tǒng)以電池盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取代硬件電路設(shè)計(jì)中的大容量電容，當(dāng)用戶更換電池打開電池盒蓋時(shí)，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的微動(dòng)開關(guān)判斷是否有換電池的動(dòng)作，這樣就必然存在長(zhǎng)通表的問(wèn)題；本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用小型超大容量電容，既不增加整表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，又可以圓滿解決系統(tǒng)掉電保護(hù)問(wèn)題。
5、電路板優(yōu)化設(shè)計(jì)電路板設(shè)計(jì)、布局是可靠實(shí)現(xiàn)硬件原理設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本系統(tǒng)在電路板設(shè)計(jì)布局中解決了前期產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的缺陷，采取了許多有利于系統(tǒng)可靠性的有效措施，使得電路板布局更趨合理，在系統(tǒng)微功耗時(shí)的抗干擾性大大增強(qiáng)，并考慮到產(chǎn)品生產(chǎn)、檢測(cè)環(huán)節(jié)中的工藝要求，使得生產(chǎn)、檢測(cè)過(guò)程中操作簡(jiǎn)便、合理，最大程度提高生產(chǎn)效率，達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn)要求。另外電路板設(shè)計(jì)中也充分考慮到產(chǎn)品售后服務(wù)、程序軟件升級(jí)換代的方便性和可操作性。
四

圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖；圖2為本實(shí)用新型的電路原理圖。
五具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2，包括單片機(jī)，單片機(jī)外圍分別連有液晶顯示及驅(qū)動(dòng)單元、EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、IC卡讀寫接口電路單元、信號(hào)采樣及磁保護(hù)電路單元、單片機(jī)掉電復(fù)位電路單元、閥門驅(qū)動(dòng)電路單元、按鍵顯示電路單元、電源掉電檢測(cè)電路單元、電源低電壓檢測(cè)電路單元、單片機(jī)在線編程電路單元，單片機(jī)外圍還連有升壓電路單元，升壓電路單元與電容低電壓檢測(cè)電路單元連接。以下對(duì)上述各功能單元分別描述如下1、單片機(jī)(MPU)單片機(jī)是控制系統(tǒng)的核心，所有信號(hào)的接收、處理、數(shù)據(jù)計(jì)算及控制指令的發(fā)出都由其完成。本系統(tǒng)選用美國(guó)微芯公司PIC系列新型單片機(jī)，此單片機(jī)采用微功耗納瓦技術(shù)，提供22個(gè)I/O端口，每個(gè)端口可提供25mA的驅(qū)動(dòng)能力，4K~8K FLASH程序存儲(chǔ)空間，192Bytes的RAM，35條精簡(jiǎn)指令集，內(nèi)置WATCHDOG定時(shí)器，8個(gè)可由設(shè)置中斷優(yōu)先權(quán)的中斷源，具有省電功能的休眠(SLEEP)模式，寬工作電壓范圍(2.0V~6V)，多種振蕩時(shí)鐘形式和電源管理模式的選擇，工業(yè)級(jí)環(huán)境要求設(shè)計(jì)，完全適合IC卡燃?xì)獗懋a(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。
2、EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)卡號(hào)、密碼、氣量、狀態(tài)標(biāo)志及用戶其他信息，它通過(guò)I2C通訊方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)采用EEPROM存儲(chǔ)器，工作電壓1.8V~5V可選，該存儲(chǔ)器可將數(shù)據(jù)可靠存儲(chǔ)100年，并可進(jìn)行10萬(wàn)次有效擦除及寫入。此單元工作電源由單片機(jī)I/O端口控制，平時(shí)處于非工作狀態(tài)，以防止數(shù)據(jù)非正常改寫和節(jié)省系統(tǒng)功耗。
3、IC卡及讀寫接口單元IC卡是用來(lái)保存用戶信息、密碼、狀態(tài)標(biāo)志和購(gòu)氣氣量的介質(zhì)，同樣也是通過(guò)I2C通訊方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)IC卡是一表一卡，它的密碼認(rèn)證、氣量轉(zhuǎn)移是通過(guò)單片機(jī)來(lái)完成。本系統(tǒng)選用的是ATMEL公司的邏輯加密卡，該IC卡具有2級(jí)密鑰管理，4次誤碼記數(shù)限定，數(shù)據(jù)保存周期為100年，有效擦除及寫入次數(shù)為10萬(wàn)次。本系統(tǒng)從使用范圍上可將IC卡分為“系統(tǒng)設(shè)置卡”、“氣量測(cè)試卡”、“數(shù)據(jù)回寫卡”、“用戶初始化卡”、“用戶購(gòu)氣卡”等5種。
IC卡讀寫接口單元的設(shè)計(jì)選用高可靠性、長(zhǎng)壽命卡座，保證數(shù)據(jù)讀、寫成功率，電路設(shè)計(jì)采用防抖動(dòng)技術(shù)、防非法攻擊技術(shù)及抗靜電干擾技術(shù)，以適合復(fù)雜人群使用環(huán)境和內(nèi)陸干燥環(huán)境的要求。
4、液晶顯示及驅(qū)動(dòng)單元本系統(tǒng)采用液晶顯示器，可顯示9999.99m3的氣量信息和“保護(hù)”、“剩余”、“欠量”、“關(guān)閥”、“低電”及“錯(cuò)卡”等中文狀態(tài)提示信息。液晶顯示器平時(shí)大部分時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)，以節(jié)省系統(tǒng)功耗，只有當(dāng)外部按動(dòng)顯示按鍵、插卡或有脈沖信號(hào)時(shí)，液晶顯示器才處于工作點(diǎn)亮狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)電路由單片機(jī)控制提供液晶顯示器需要顯示的段碼，具有72段(18×4)內(nèi)部映射顯示存儲(chǔ)器，工作電壓范圍2.4V~5.2V，內(nèi)部256KHz RC振蕩器，1/2或1/3偏置選擇及1/2、1/3或1/4占空比選擇，三線串行接口，通過(guò)偏置電阻選擇LCD工作電壓，通過(guò)掉電指令降低驅(qū)動(dòng)電路功耗。
5、信號(hào)采樣及磁保護(hù)電路單元此部分的功能主要是為單片機(jī)提供流量脈沖信號(hào)和磁保護(hù)電平信號(hào)，脈沖信號(hào)和磁保護(hù)電平信號(hào)的發(fā)出是由舌簧管完成，設(shè)計(jì)思想包括防抖動(dòng)技術(shù)和磁保護(hù)信號(hào)有效性判斷技術(shù)，以消除誤扣氣和誤保護(hù)動(dòng)作的頻繁發(fā)生。單片機(jī)在接收到有效磁保護(hù)信號(hào)后，將重要數(shù)據(jù)保存到EEPROM后，關(guān)閉閥門，發(fā)出報(bào)警顯示指令。
6、單片機(jī)掉電復(fù)位電路單元此單元主要是為了防止單片機(jī)工作電壓處于零界工作點(diǎn)(最低工作電壓附近)時(shí)，I/O端口有可能處于非正常狀態(tài)，以至于影響外圍電路產(chǎn)生誤動(dòng)作，造成系統(tǒng)亂數(shù)、掉數(shù)和死機(jī)等問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)思想是當(dāng)單片機(jī)工作電壓處于最低工作電壓以上某個(gè)點(diǎn)時(shí)，將單片機(jī)強(qiáng)行復(fù)位，以防止單片機(jī)I/O端口狀態(tài)紊亂和程序跳飛。此單元同時(shí)具有系統(tǒng)上電復(fù)位功能。
7、閥門驅(qū)動(dòng)電路單元閥門驅(qū)動(dòng)單元是指為閥門工作提供符合要求的電流和電壓。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用晶體管偶合放大電路，可提供超過(guò)500mA的閥門驅(qū)動(dòng)電流，閥門采用機(jī)電一體化雙向無(wú)堵轉(zhuǎn)閥門，可靠開、關(guān)動(dòng)作大于5000次，正常工作電流低于50mA。單片機(jī)通過(guò)2個(gè)I/O端口向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出開、關(guān)指令。驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)有輸入同“高”或同“低”狀態(tài)保護(hù)電路，防止?fàn)顟B(tài)異常時(shí)損壞驅(qū)動(dòng)電路。
8、按鍵顯示電路單元此單元的主要功能是向單片機(jī)發(fā)出顯示信號(hào)，單片機(jī)判斷為有效信號(hào)后，向液晶顯示驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出點(diǎn)亮指令，顯示系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息。設(shè)計(jì)思想主要為防抖動(dòng)處理技術(shù)。
9、單片機(jī)在線編程電路單元系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)為FLASH型可重復(fù)編程，利用此功能可以很方便地對(duì)單片機(jī)程序軟件進(jìn)行升級(jí)換代，為產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和售后服務(wù)帶來(lái)極大的便利，同時(shí)相對(duì)于OTP型單片機(jī)由于軟件漏洞造成電路板整體報(bào)廢所帶來(lái)的損失，其優(yōu)勢(shì)顯而易見。此單元電路采用2線編程，配合本系統(tǒng)獨(dú)特的轉(zhuǎn)換編程設(shè)計(jì)思想，不需昂貴專用編程設(shè)備，利用普通燒寫器即可可靠反復(fù)編程。
10、電源掉電檢測(cè)電路單元該單元的功能是完成掉電信號(hào)的發(fā)出(更換電池等)，單片機(jī)在接收到有效信號(hào)后，會(huì)保存數(shù)據(jù)到EEPROM，同時(shí)關(guān)閉閥門，發(fā)出提示信息指令。防止各種人為破壞性掉電而造成的系統(tǒng)紊亂及長(zhǎng)通表問(wèn)題。
11、電源低電壓檢測(cè)電路單元該單元的功能是當(dāng)電池電量不足時(shí)，向單片機(jī)發(fā)出電池低電壓信號(hào)，單片機(jī)在接收到有效信號(hào)后，保存數(shù)據(jù)到EEPROM，關(guān)閉閥門，發(fā)出報(bào)警顯示指令。
12、升壓電路單元當(dāng)電源電壓為6V時(shí)，該電路可以省略。當(dāng)電源電壓為3V時(shí)，該電路為系統(tǒng)提供5V的標(biāo)準(zhǔn)電源，升壓電路的工作由單片機(jī)控制，平時(shí)處于非工作狀態(tài)，以節(jié)省系統(tǒng)功耗，只有當(dāng)超級(jí)電容內(nèi)的電量不足或系統(tǒng)從休眠狀態(tài)喚醒時(shí)，才由單片機(jī)控制打開升壓電路為超級(jí)電容充電或進(jìn)行正常的控制操作。設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵在于升壓電路有效工作時(shí)段的把握。
13、超級(jí)電容低電壓檢測(cè)電路單元超級(jí)電容的設(shè)計(jì)作用主要是為系統(tǒng)休眠時(shí)提供不低于某個(gè)電壓點(diǎn)的工作電源和系統(tǒng)掉電后工作電源。為保證超級(jí)電容中有充足穩(wěn)定的電量，超級(jí)電容低電壓檢測(cè)電路必不可少，系統(tǒng)在休眠時(shí)、喚醒后及掉電后的工作都會(huì)有條不紊的可靠完成。
本實(shí)用新型主要技術(shù)參數(shù)1、電源電壓DC 3V×1或DC 1.5V×42、閥門工作電壓3-6V3、閥門工作電流30mA(平均)
4、開、關(guān)閥時(shí)間≤1S5、靜態(tài)工作電流≤5uA6、環(huán)境溫度-25℃-60℃7、環(huán)境濕度≥90％
權(quán)利要求1.一種IC卡智能燃?xì)獗恚涮卣髟谟诎▎纹瑱C(jī)，單片機(jī)外圍分別連有液晶顯示及驅(qū)動(dòng)單元、EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、IC卡讀、寫接口電路單元、信號(hào)采樣及磁保護(hù)電路單元、單片機(jī)掉電復(fù)位電路單元、閥門驅(qū)動(dòng)電路單元、按鍵顯示電路單元、電源掉電檢測(cè)電路單元、電源低電壓檢測(cè)電路單元、單片機(jī)在線編程電路單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種IC卡智能燃?xì)獗?，其特征在于所述單片機(jī)外圍還連有升壓電路單元，升壓電路單元與電容低電壓檢測(cè)電路單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種IC卡智能燃?xì)獗?，其特征在于所述閥門驅(qū)動(dòng)電路單元采用晶體管偶合放大電路，閥門采用機(jī)電一體化雙向無(wú)堵轉(zhuǎn)閥門。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種IC卡智能燃?xì)獗?，其特征在于所述單片機(jī)為FLASH型可重復(fù)編程單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種IC卡智能燃?xì)獗?，其靜態(tài)功耗小，用戶使用過(guò)程中不需頻繁更換電池，不易出現(xiàn)亂數(shù)、掉數(shù)及IC卡鎖死現(xiàn)象，并能防止各種人為破壞性掉電而造成的系統(tǒng)紊亂及長(zhǎng)通表問(wèn)題。本實(shí)用新型包括單片機(jī)，單片機(jī)外圍分別連有液晶顯示及驅(qū)動(dòng)單元、EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、IC卡讀、寫接口電路單元、信號(hào)采樣及磁保護(hù)電路單元、單片機(jī)掉電復(fù)位電路單元、閥門驅(qū)動(dòng)電路單元、按鍵顯示電路單元、電源掉電檢測(cè)電路單元、電源低電壓檢測(cè)電路單元、單片機(jī)在線編程電路單元。
文檔編號(hào)G07F15/06GK2783278SQ20052007859
公開日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月11日
發(fā)明者聶健, 陳渝 申請(qǐng)人:西安華豐投資發(fā)展有限公司