兰州理工大学毕业设计（论文）简介
1 接触式预付费燃气表设计
自动化
学号
姓名 指导教师
姓名 副教授
摘要
本设计硬件系统主要包括:52系列单片机、液晶显示、燃气流量信号的检测、电机阀驱动、存储器接口及看门狗、IC卡读写、电源检测等模块;软件主要包括:实时采集、正确计量、故障的查询、电源电压检测、掉电数据存储、阀门驱动、读写IC卡、报警显示功能等部分。
系统的软件和硬件的调试表明系统实现了实时采集燃气流量信号、控制用户用气情况、正确计量、实时显示剩余气量并在剩余气量不足时进行声音报警、电源检测以及声音报警提示电池欠压、掉电数据存储功能、气量累积、阀门驱动等功能。
关键词:预付费；燃气表；接触式；
Abstract
This design the hardware system mainly includes the followings: 52 series SCM, the 1iquid crystal
display, the test of gas flow signal, memory interface, and watchdog, IC card read-write, power testing, etc.
The software mainly includes the followings: real time collection, accurate measurement, breakdown
inquiry, power pressure testing, power failure data storage, valve actuation, read-write IC card, alarming
display, etc.
The testing of hardware and software of the system indicates that the system succeeds in real time gas
collection signal, controlling the using status of the gas，accurate measurement, displaying the left gas
volume at real time and voice alarming in the shortage of gas, power testing, voice alarming of low battery
voltage, power failure data storage, gas accumulation, value actuation, etc.
KEY WORDS：prepayment；gas meter contact;
一、引言
近些年随着计算机技术和信息技术的发展，全球的信息时代已来临，世界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。
近十几年发展起来IC卡燃气表是一种新型的燃气表，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。
二、预付费燃气表的设计方案及原理
（一）设计方案
智能IC卡燃气表系统主要由单片机，IC卡、电磁阀、传感器、I/V转换器、A/D转换器、LCD显示器、报警器等组成。总体框图如图2.1所示。燃气用户在燃气公司开户,购买一定气量后,即得到加密的IC卡。用户用气时将卡插入燃气表中,卡中气量自动输入燃气表并在IC卡中消除气量,供气阀门打开。当气量不足时,燃气表提示用户购气；气量用完时,燃气表自动切断供气管路。
（二）设计原理
当用户将购买到得含有一定购气量的IC卡插入表内时,电磁阀在单片机控制下打开气路阀门。用户每使用一个微小的计量单位的气体时,计量电路便发出1个计量脉冲,该脉冲如经电控系兰州理工大学毕业设计（论文）简介
2 统判定为有效,即进入软件进行累计,当达到一定数目(如1/100L)时可以从存于EEROM模块中的已购气量中减去1个计量单位。当剩余气量为某一设定值时,燃气表进入报警状态,并关闭电磁阀,切断气路以便提醒用户购气。用户此时按一次按键后,仍然可以打开阀门继续用气;当剩余气量为零时,控制阀再次关闭,用户只有将存储一定购气量的卡插入后才能打开阀门。用户所剩气量由LCD显示。
234显示报警电源IC卡A/D转换器I/V转换器流量传感器电磁阀单片机 图2.1 系统总体控制结构图
（三）接触式预付费燃气表的功能
接触式预付费燃气表，应具有以下基本功能:
1、 提示功能:IC卡燃气表控制器的液晶有简洁汉字提示和蜂鸣器鸣叫等提示功能。
2、 正确计量功能:系统的最终目标是计量准确。因此，在硬件上和软件上均采取了一些有效措施(主要考虑软件滤波、抗干扰以及漏计量处理)，确保用户每用0.01m3时气量，气表计量一次。
3、 燃气表预付费及用气控制功能:当表内剩余气量低于预设值时，控制器液晶显示购气、蜂鸣器鸣叫提示，当剩余气量为零时自动关阀、切断气源。用户通过IC卡购买燃气并输入气量后，自动恢复供气，新购买的气量输入后，可以累计加在燃气表的剩余气量上。
4、 掉电数据存储功能:在外置电源突然停止供电的情况下要保证将一些重要数据完整无误的保存下来，以便系统复位后，能重新调入重要数据。
5、 低电压检测功能:由于本燃气表是采用电池供电，因此在使用的过程中进行电压检测。即当电源电压下降到某一值时，系统应能识别，并提示用户更换电池，系统自动关闭阀门。
6、 阀门驱动功能:阀门驱动主要实现阀门的开和关。
7、 报警功能:气量不足报警:燃气表剩余量低于报警设定值时，有蜂鸣器报警和液晶显示报警。若继续使用，燃气表剩余量为零时，关闭阀门并鸣叫提示。电池欠压报警:电池的电压低于报警值时，蜂鸣器报警和液晶显示报警。若继续使用，当电池电压低于设计的最低电压值时，关闭阀门并鸣叫提不。
8、 读写IC卡功能:应能正确无误的读写IC卡。
三、系统硬件电路设计
（一） 单片机
AT89S52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序储存器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）可灵活应用于各种控制领域。
（二）电磁阀
本文采用的是新型双稳态电磁阀MP15A-5V，电源电压低。正常供气情况下，电磁阀处于常开状态，驱动机构不消耗电能；只有当上一级的气体数完时，电磁阀关闭并自锁于常闭状态。它兰州理工大学毕业设计（论文）简介
3 具有启动气压低及关闭可靠等优点。
（三）IC卡电路
IC 卡读/写器是IC卡煤气表的输入接口。当IC卡插入读/写器时，首先读入的是卡中的密码，以此判断IC卡的合法性。煤气表在判断了卡的合法性后，读入所购气量并与煤气表内剩余气体累加，同时将卡上购气量单元清零，回写煤气表上用气量、剩余气体等信息，以便下次购气时煤气公司读取，实现煤气表信息的回馈功能。
（四） 传感器
本设计的传感器选用SWINGIRLⅡ电容式涡街流量传感器。它的基本原理是以卡门涡街器理论为基础。适用范围广，压力损失小，长期稳定性好，工作寿命长。
（五） LCD显示
本系统采用液晶显示器。其特点是显示内容丰富（可显示汉字），功耗小，可靠性高，电路简单。器件型号是：SMG12232B-2，显示容量为122*32点阵。采用总线方式连接
四、系统软件设计
（一）主程序
主程序的设计是首先对所有芯片复位，初始化后，经外围设备，通过A/D转换器，将信号转换后进行读取，当IC卡中的金额不足或没有时，将显示提醒并报警响铃，同时关闭电磁阀，续费后，电磁阀开启，功能正常。如图4.1所示。
（二）显示子程序
显示子程序在整个系统中被频繁调用，用来显示燃气表的实际工作情况，实施设备与用户最直观、最简洁的连接桥梁。在本设计中，燃气表正常工作时，显示剩余燃气量;当电池电量不足时显示“电量不足”；当燃气量不足10方且大于0方时显示“燃气已用完”；当气量不足0方时显示人“燃气已用完”，所以选用液晶显示器SWG12232B-2.显示子程序在工作过程中会根据实际气量的大小显示剩余燃气量。
(三)IC卡读写程序
IC卡检测流程采用了智能化的设计，首先检测是否有IC卡插入，在检测有正确IC卡存在的前提下，对IC卡密码进行核对，读取IC卡存储内容后，进行相应的处理。
（四）插卡中断
插卡中断子程序主要是当单片机处于休眠状态时，有卡插入激活单片机，从而对卡进行读卡操作，并显示读卡结果。
（五）用气中断
当用户没有用气时，单片机处于休眠状态，用气中断是指，用户开气阀用气时，激活单片机，开始正常工作，然后显示其剩余气量从而完成用气操作。
（六）定时中断
本设计采用单片机AT89S52内含看门狗功能，看门狗电路就是一个定时激活电路，其作用是防止单片机进入死循环，监控程序的正常工作。在程序正常执行一遍后，会清零到看门狗计数器，所以不会到达最大计数值，但是如果外部干扰引起死循环，定时器达到最大计数值时就会自动复位单片机，从而防止单片机进入死循环。
（七）气量处理
气量处理是指当燃气表正常工作时通过对总气量的处理显示剩余气量，当插入卡时通过读入卡内气量值与剩余气量相加得到新的总气量，同时将卡内的数值清零。
（八）掉电处理
当燃气表电量不足时显示“电量不足”,当电池电量不足以供单片机正常工作时，要对当前的数据量进行保存，以保证数据不会丢失。
（九）延时子程序
当单片机处于休眠状态时，延时十秒检测有无中断信号打破休眠状态，如果有中断信号，激活单片机，进入正常运行状态；如果没有中断信号，进入继续监测状态。 兰州理工大学毕业设计（论文）简介
4 开始初始化单片机及外围设备激活看门狗,打开电磁阀调用显示子程序调用?Y报警,关电磁阀调掉电处理子程序调显示子程序调延时子程序关显示休眠N
图4.1主程序
（十）计数处理
当用户开阀用气时，就有用气信号以中断的方式输入单片机，通过计量信号，计算燃气剩余量，从而实现气量计算。
五、结束语
本设计主要阐述了IC卡燃气表的硬件、软件设计方案，包括系统功能，工作原理、结构框图、硬件各部分电路设计及其软件程序编写等。涉及领域包括电子、单片机、汇编语言等多门学科。在本系统的设计过程中，硬件方面的重点是燃气表测量电路、控制电路等的设计。软件部分来用AT89C51单片机的汇编语言编写，设计中应用模块化设计结构，完成了电表的计费功能。
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