IC卡供暖流量计量开题报告.doc

届毕业设计开题报告题 目 基于IC 卡的供暖流量计量系统研究设计专 业 电子信息工程 姓 名 班 级 指导教师 起止日期 年 月 日一课题简介智能型IC卡就是在IC卡的集成电路中带有微处理器电路的IC卡。IC卡芯片具有写入和存储数据的能力。IC卡存储器中的内容根据需要可以有条件地供外部读取，或供内部信息处理和判定。它是一种主动型IC卡，不仅能够管理各种数据的I/O操作，校验来自接口设备的个人密码，而且能够根据应用系统的要求主动识别与之连接的接口设备。因此，在智能型IC卡中能够建立各种应用系统的授权，存放多个应用系统的相关数据，并实现对数据信息存储的高可靠性、高安全性控制，可以进行复杂的信息处理和计算通用存贮器IC卡是由通用存贮器芯片封装而成的，由于它的结构和功能简单，生产成本低，使用方便，因此在各领域都得到了广泛的应用。二 课题的来源及现状智能IC卡燃气表是一种根据用户IC卡购气量实现自动计量计费、自动控制用气的民用高技术产品，具有传统人工抄表收费式燃气表无可比拟的优越性。当前，随着国家“金卡工程”的深入开展和开发大西北“西气东输”计划的正式启动，智能IC卡燃气表已呈现出十分广阔的应用前景。IC智能卡和单片机被广泛地应用到工业和家庭小区系统中。智能化、可编程控制的仪器仪表是传统的仪器仪表发展的必然方向。设计一种智能化流量计量系统，该系统主要采用了单片机程控、IC智能卡、数码显示、单簧管计量脉冲信号、数据采集与A/D转换、标度变换、温度传感、仪表放大、用继电器驱动电磁阀门通/断、优化算法以及看门狗监控等技术。该系统与同类系统相比具有功能多、成本低、体积小、功耗低、调试方便、控制精确、抗干扰能力强等优点。更为突出的是系统若进一步扩展，可实现远程收费和维护等功能。目前用于IC卡的通用存贮器芯片多为E2PROM，其常用的协议主要有两线串行连接协议（I2C）和三线串行链接协议，其中比较常用的是ATMEL公司生产的AT24系列芯片。以该系列中的AT24C01为例，它具有1k的存贮容量，适用于2V5V的低电压/标准电压的操作，具有低功耗和高可靠性等优点。而AT89C2051 虽是ATMEL公司89系列单片机的低档型，但它具有2k的FLASH ROM（可重编闪速存贮器）、1288位内部RAM及全静态操作方式，同样也具有低功耗和较强的功能。三 设计要求实时地采集温度信号和湿度信号，与通过计数器测出的流量信号一起送到单片机，通过优化算法计算出费用。单片机通过控制显示驱动器动态显示温差、流量或余额，再利用IC读写电路向IC智能卡读、写数据。当卡里余额不足时，系统会提示用户往IC卡里充值，否则系统的驱动电路就自动切断流体的通路（卡里余额可续存），达到智能化流量控制和科学计费的功能。系统应采用看门狗电路和隔离电路，以提高运行稳定性和抗干扰能力。四 工作内容1熟悉89C51编程控制原理2了解IC卡读卡器工作原理3系统设计与编程4.系统实现部分原理图和PCB设计5调试，仿真系统功能实现。五. 设计方案1 智能IC卡燃气表控制模式 智能IC卡燃气表是在常规家用模式燃气表体上安装智能测控系统而构成的，该测控系统主要由IC卡、计量电路、电控系统以及气路控制阀等组成。当用户将含有购气量（以加密数值形式表示）的IC卡插入表内时，控制阀在电控系统控制下开通气路。用户每用一个计量单位，计量电路便发出一组等周期计量脉冲序列，该脉冲序列如经电控系统判定为有效，即可以已购气量中减去一个计量单位，并通过液晶模块显示表内剩余气量。当剩余气量为零时，控制阀自动关闭，气路即被切断，此时用户须重新持卡购气。在正常情况下控制阀处于接通态，只有当特殊事件发生时控制阀才从接通态变为关闭态。图2示出了三种事件状态下控制阀的通断情况。2 系统电路构成系统的硬件主要由单片机、数据采集与数模转换电路、仪表放大器、IC卡读写器、数码显示器、驱动电路和看门狗电路等组成，其系统框图如图2-1所示：精密电桥温度传感器1温度传感器2数码管显示所存译码驱动仪表放大器A/D转换器单 片 机IC卡读写器单簧管计数器看门狗电磁阀门驱动电路. 图2-1 系统体框2.1 单片机 单片机采用PHILIPS公司的P87C51，它是基于80C51内核采用高密度CMOS技术设计制造，包含中央处理单元、片内4kOTP程序存储器，128字节内部数据存储器RAM、4组8位双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和6个中断源，4层优先级中断嵌套结构，可用于多机通信的串行I/O口，全双工UART，片内时钟振荡电路。 2.2 IC卡读写器IC卡读写器主要由串行口可编程闪速存储器AT45D041以及少量外围元器件构成。AT45D041有两大类读/写操作模式：A类和B类，其中A类能对闪速存储器操作，而B类则不行。两种模式的工作流程类似，即由单片机向IC卡发操作指令，接着SCK端发送同步时钟脉冲，就会把SO或SI端的数据串行地读出或写入IC卡里指定单元。概述 AT45D041是ATMEL公司生产的一种串行接口的可编程闪速存储器。它采用SPI串口模式03方式与任何单片机或微机进行通信,几乎无需外接元器件,电路开发较为简单,读写IC卡操作非常方便,数据存储量大,安全性较好。该芯片封装尺寸小、集成度高、电源电压低等优点决定了它在商业和工业中有着广泛的应用。它的典型应用是数字语音存储、图像存储和数据存储。 AT45D041有4,325,376位主存储单元,可分成2048页,每页264个字节。此外,AT45D041还包含2个SRAM缓冲器,每个缓冲器有264个字节。当主存储器内的1页正被编程时,缓冲器照样能接收输入数据。AT45D041使用串行接口来访问它的数据。这种串行接口结构使得硬件设计方便,系统可靠性增强,并把开关噪声降到最低。AT45D041在编程期间不需要高的编程电压,编程电压仍为电源电压。最为突出的优点是在编程前不需要擦除周期。 特点 页编程操作：单周期完成编程操作（包括擦、写）; 2个264字节的SRAM：当对主存反复编程时可接收数据; 设有内置编程控制时钟; 快速页编程时间：典型值7ms; 主存页与缓冲器转换时间：典型值80s; 低功耗CMOS电路（备用电流20A,读操作典型电流15mA）; SPI（模式03）接口方式,最高可达10MHz串行时钟频率; 每字节擦写次数可达1万次,数据可保存10年; 所有引脚ESD防静电保护可达4000V。2.3 显示驱动电路显示驱动电路主要由MAX7221芯片外加亮度调节电位器W1构成。MAX7221是一个8位七段共阴极显示驱动芯片，它采用了3线串行输入/输出接口方式与单片机直接连接，无须外接任何外围元器件，电路设计与调试非常方便。其管脚图如图2-2所示： 图2-2 MAX7221管脚图 MAX7221对数码管的亮度有两种控制方式。1 模拟式亮度控制。通过阻值来确定。在不同的LED驱动电压下阻值（千欧）对应的电流值。2 数字式亮度控制。通过内部的PWM调制器来控制的，对调制器的控制是通过设置Intensity寄存器的低4位来实现的。调制器将R设置的峰值段电流分为15个等级，从15/16到1/16。 在本系统中，单片机每隔一段时间就发送要显示的数据，通过编程预设好其动态显示方式后，MAX7221就在不需要单片机干预的情况下，自行将锁存器中的数据调出来，经译码、放大后驱动数码管动态循环显示，直到单片机下次再串行地送另一组数据时，MAX7221才修改锁存器的内容，从而改变数码管的显示结果。2.4 A/D转换电路 A/D转换电路主要采用芯片ADC0809 8位A/D转换器芯片ADC0809ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，ADC0809的主要特性： 它是具有8路模拟量输入、8位数字量输出功能的A/D转换器。 转换时间为100s。 模拟输入电压范围为0V+5V，不需零点和满刻度校准。 低功耗，约15mW。 ADC0809引脚如图2-3所示： 图2-3 ADC0809引脚图转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。 定时传送方式 对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 （2）查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。 中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。2.5 隔离驱动电路 在本系统中，单片机通过控制电磁阀门的工作状态来达到控制流体回路通/断的目的。电磁阀门属于强电部分，因此不能与弱电部分即单片机控制系统直接相连。此外，强电控制回路会对单片机控制系统产生严重干扰，影响单片机系统的正常工作。这里采用的办法是在单片机和强电控制回路之间加隔离驱动电路。该电路还采取了几个措施消除继电器和电磁阀动作对单片机的电磁干扰：(a)强、弱电控制回路单独供电，而且它们的地线必须隔开，以消除脉动干扰；(b)给继电器和电磁阀等易产生磁辐射的元件加装屏蔽罩；(c)给单片机电源回路加滤波电容；(d)在单片机的I/O口与噪声源之间应加隔离以及滤波或陷波电路，进一步消除冲激干扰；(e)对单片机使用看门狗电路。2.6 监控电路 监控电路采用X25045芯片，它包括看门狗定时器、电压监控电路和E2PROM存贮器。其功能是：上调电时对P87C51产生RESET信号；看门狗对系统进行监控，防止死机。1功能简介看门狗X25045的看门狗定时器对单片机提供独立的保护系统。该定时器共有200ms、600ms、1.4s 三种定时时间，可由用户编程选择。在设定的时间内，若单片机没有访问X25045（即表示系统出现故障），看门狗将输出RESET信号，将其RESET输出端置为高电平。延时约200ms后，RESET端由高电平变为低电平，将单片机复位。电压监控上电时，电源电压高于4.5V后，经过约200ms的稳定时间，RESET信号由高电平变为低电平；掉电时，电源电压低于4.5V时，RESET信号立即变为高电平直至电源电压恢复稳定为止。这样就保证了单片机可靠复位以及电源电压不稳定时，单片机不会出现死机和误动作。串行E2PROMX25045片内带512个字节串行E2PROM，每个字节可擦写10万次以上，数据可保存100年以上，具有可编程块锁定功能。用三总线串行I/O接口便可进行读写操作。2引脚定义X25045的引脚定义如图2-4： 图2-4 X25045引脚图六. 预期目标 实时地采集温度信号和湿度信号，与通过计数器测出的流量信号一起送到单片机，通过优化算法计算出费用。单片机通过控制显示驱动器动态显示温差、流量或余额，再利用IC读写电路向IC智能卡读、写数据。当卡里余额不足时，系统会提示用户往IC卡里充值，否则系统的驱动电路就自动切断流体的通路（卡里余额可续存），达到智能化流量控制和科学计费的功能。 系统应采用看门狗电路和隔离电路，以提高运行稳定性和抗干扰能力。七. 时间安排第1周：收集资料第2-6周：课题研究，方案设计第7-12周：硬件软件设计，调试第12-15周：撰写毕业设计论文，答辩八. 参考文献 1. 孙涵芳，徐爱卿.MCS-51/96系列单片机原理及应用. 北京：北京航空航天大学出版社，1988.2 2. 胡汉才，单片机原理及其接口技术. 北京：清华大学出版社，1996.7 3. 于宏军，赵冬艳.智能（IC）卡技术全书. 北京：电子工业出版社，1996.10 4. MAXIM 公司.MAXIM 产品资料全册.2000.3 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计结果的预测）：课题具有一定的深度和广度，工作量适当，本课题要求学习、研究和应用基于IC 卡的供暖流量计量的相关理论，并进行软件、硬件设计，实现基于IC 卡的供暖流量计量系统，课题具有一定的实用价值，预计通过认真的工作，能够完成毕业设计。指导教师： 年 月 日系部意见： 同意指导教师意见，预计能够完成毕业设计。系主任： 年 月 日 注：开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师的指导下，由学生填写，经导师签署意见及系部审核后生效。