目录1、绪论 -------------------------------------------------------------------------------------------- 21.1 推广IC卡技术的意义 --------------------------------------------------------------- 21.2 IC燃气表技术状况分析-------------------------------------------------------------- 32、IC卡技术需要解决的主要技术问题 ---------------------------------------------------- 42.1 影响IC卡安全的基本问题 --------------------------------------------------------- 42.2 安全措施 -------------------------------------------------------------------------------- 42.3 密钥与认证 ----------------------------------------------------------------------------- 43、本文的主要内容及方案论证-------------------------------------------------------------- 53.1 主要内容 ------------------------------------------------------------------------------- 53.2 方案论证 ------------------------------------------------------------------------------- 53.2.1 采用DSP技术实现流量的检测和调节------------------------------------- 53.2.2 采用在智能控制系统中的模糊控制----------------------------------------- 53.2.3 采用PID控制形式-------------------------------------------------------------- 64、智能IC卡燃气表的硬件设计 ------------------------------------------------------------ 74.1 智能IC燃气表系统的整体介绍--------------------------------------------------- 74.2 系统总体的控制过程----------------------------------------------------------------- 84.3 系统局部的控制过程----------------------------------------------------------------- 85、智能IC卡燃气表系统的硬件组成 ------------------------------------------------------ 95.1 89C51单片机管脚特性及相应参数 ----------------------------------------------- 95.2 传感器的功能及其技术参数---------------------------------------------------- 116、发展趋势与对策 --------------------------------------------------------------------------- 12 参考文献----------------------------------------------------------------------------------------- 13IC卡智能燃气表的设计1、绪论1.1 推广IC卡技术的意义随着世界计算机技术和信息技术的发展,全球的信息时代已来临,各国都在高科技领域制订适合自己的发展道路,我国政府正在致力于国民经济信息化的建设,以“金卡工程”为代表的信息化应用工程使我们加速向全球经济一体化进。
作为金卡工程的代表,IC技术无疑是当今世界最优秀应用技术。
IC卡燃气表是近十几年发展起来的新型燃气表,一般由计量传感器电路、微功耗单片机、微功耗阀门、电压测试电路、防窃气电路、流量监测等部分组成。
具有精确记数功能、功能卡传输媒介功能、阀门自动处理功能、非法操作处理功能、欠压处理功能、掉电处理功能、数据下载功能、数据显示与声音提示功能等。
经过广大IC卡生产厂家多年的技术改进和革新,IC卡技术日益成熟,应用也越来越普及。
IC卡燃气表基本解决了气费收费难的问题,同时,随着时代的进步、居民民主意识的增强、生活水平的提高,也要求改变过去落后的上门抄表收费问题,IC卡技术的推广应用,从根本上解决了上述问题,兼顾了企业和用户的利益。
对燃气企业来说:一是解决了入户抄表难的问题;二是解决了催费收费难的问题;三是解决了企业和用户的纠纷问题。
对用户来说:一是消除了抄表人员的打扰和时间预约问题;二是用气自由;三是消除了地方性收费方式的约束限制。
既方便了用户,也减轻了企业负担和诸多难题,简化了操作程序,促进了社会发展,提高了人民群众的生活质量,降低了企业的经济成本,IC卡智能燃气表是今后的发展方向。
1.2 IC燃气表技术状况分析IC卡燃气表具有一系列优点,解决了许多实际问题,但是,IC卡燃气表的发展并不顺利,一些早期使用IC卡燃气表的燃气企业,由于产品质量不过关,给企业带来了巨大的经济损失,计量输差几乎全部由此产生,也使得多数燃气公司对此望而却步,或心有余悸;也造成多数IC卡表生产单位步履维艰,四面楚歌。
目前,国内IC卡燃气表生产厂家较多,估计将超过100家,生产规模大小不一,产品质量参差不齐,技术水平和研究方向也存在较大差异。
因此,在选用过程中,燃气企业必须选择适合当地使用的、具有先进技术性能的IC卡燃气表,同时必须综合考虑仪表的技术指标、安全性能、售后服务等因素,否则,可能因选型不当,仪表故障率高而造成较大经济损失。
国家建设部为加强IC卡技术的应用管理,促进建设事业IC卡应用工作健康、规范、有序、安全、高效地发展,归口领导IC卡应用试点及推广,制订全国建设事业IC卡应用的总体规划和政策法规,特成立建设部IC卡应用管理领导小组,对全国建设事业IC卡应用工作实行归口管理,建设部IC卡应用管理领导小组办公室(简称IC卡办)负责日常管理工作。
为加强IC卡燃气表的质量管理、统一标准,提高燃气行业经营管理水平,促进燃气收费系统的现代化管理,国家也制定了相应的行业标准,即CJ/T112-2000《IC卡家用膜式燃气表》,它是在GB/T6968-1997《膜式煤气表》的基础上,增加了预付费控制器有关技术要求,并遵循有关电子产品的标准。
作为新技术的推广,不同厂家的IC卡燃气表技术是存在较大差异的,大家工作的重点都是致力于解决智能卡的安全问题,其方案千差万别,但是,问题的有效解决无疑是产品成熟的主要标志。
2、IC卡技术需要解决的主要技术问题2.1 影响IC卡安全的基本问题智能卡和接口设备之间的信息交换:这些信息可以被截取分析,从而可被复制或插入假信号;伪造智能卡的出现:伪造智能卡与接口设备之间的信息,使接口设备无法判断出是合法的还是伪造的;操作人员的作弊行为:私下的泄露密钥和人为非法修改信息等;用户的非法攻击:通过各种手段对设备的关键部位进行攻击。
2.2 安全措施对持卡人、卡、接口设备的合法性互相检验;重要数据加密后传送;检验数据的完整性;卡和接口设备中设置安全区,对于任何不合规范的操作,将自动禁止卡的进一步操作;操作人员的责任与道德规范;设置黑名单。
2.3 密钥与认证对持卡人、卡、接口设备之间的相互认证以及数据的加密,均可采用DES 和RSA两种密码算法中的一种;与加密有关的还有解密和密钥管理(密钥的生成、分配、保管、销毁等);对传输的信息进行加密,以防被窃取、更改;对存储的信息进行加密保护,使得只有掌握密钥的人才可以读取信息。
为防止信息被篡改、伪造或过后否认,对传输的信息进行加密认证是必要的。
以上讨论的问题是在接口设备完整、成熟、具有强大的抗攻击性能的前提下进行的,设备自身的技术落后、设计缺陷或器件失效等引起的一系列问题除外。
3、本文的主要内容及方案论证3.1 主要内容智能IC卡燃气表是近十几年来发展起来的一种新型燃气表,是一种具有预付费功能的燃气计量装置,正在被人们所接受和利用。
本文讨论的是计量的一种:流量计量。
本文将主要致力于对流量的检测、显示及其调节和增量型数字PID 控制算法的探讨。
详细介绍其电控系统的设计组成及算法的实现,并通过调试验证其可行性。
3.2 方案论证3.2.1 采用DSP技术实现流量的检测和调节数字信号处理器(DSP)具有接口方便、编程方便、稳定性好、精度高、可重复性好、集成方便等优点,使得它在许多领域得到了越来越广泛的应用,尤其是在对高速信号采集处理系统,更能显示其优越性。
通常,一个基于DSP的高速信号采集和处理系统主要包括高速A/D、高速缓存、DSP处理器、通讯接口四个部分。
虽然该系统简单可靠性好,具有一定的通用性,可进行多通道扩展,但是DSP系统存在着成本高、功率大、高速干扰和电磁泄漏等问题,不适合本设计的要求。
3.2.2 采用在智能控制系统中的模糊控制模糊控制是基于模糊推理,模仿人的思维方式,对难以建立精确数学模型的对象实施的策略。
控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型,只需要提供现场操作人员的经验及操作数据。
控制系统的鲁棒性强,适应于解决常规难以解决的非线性、时变及大纯滞后等问题。
但由于其控制对象不确定,亦不适合本实验。
3.2.3 采用PID控制形式本文研究的是对智能IC卡燃气表流量的控制,这个控制是这样一个反馈调节过程:比较实际流量和需要控制的流量得到偏差,通过对偏差的处理获得控制信号,再去调节调节阀,从而实现对流量的控制。
该系统采用过程控制中应用最广泛的PID控制形式,PID算法用差分方程近似为:由于燃气表流量控制一般属于一阶对象和带纯滞后的一阶对象,所以式中Kp、Ki和Kd的选择取决于燃气表流量的阶跃特性和实际经验。