專利名稱：無(wú)線通訊式ic卡供熱監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用IC卡對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行管理的裝置，屬于供熱監(jiān)控系統(tǒng)智能化管理的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在城市的電力、供熱、供水、供氣、交通等行業(yè)中，為滿足運(yùn)行管理要求，需要對(duì)所控制范圍內(nèi)重要場(chǎng)所(如用戶端)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保供應(yīng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。然而，傳統(tǒng)的能源供應(yīng)行業(yè)均實(shí)行先用后付消費(fèi)方式，造成了拖欠、抗交費(fèi)，供收不均等弊端，嚴(yán)重地影響了供應(yīng)方的經(jīng)濟(jì)效益，制約了能源工業(yè)的發(fā)展。目前在供熱監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域尚未有能克服以上缺陷的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
1、技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種用IC卡對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行管理的無(wú)線通訊式集成電路卡供熱監(jiān)控裝置2、技術(shù)方案本發(fā)明的無(wú)線通訊式集成電路卡供熱監(jiān)控裝置以單片機(jī)為中心，單片機(jī)的讀寫(xiě)口與IC卡(集成電路卡)讀寫(xiě)接口相接，單片機(jī)的時(shí)鐘端與時(shí)鐘芯片相接，單片機(jī)的輸入口端與功能按鍵接口相接，單片機(jī)的信號(hào)輸出端分別與段式液晶顯示接口和閥門驅(qū)動(dòng)電路相接，單片機(jī)還分別接E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、串口擴(kuò)展器、光電隔離電平轉(zhuǎn)換器，光隔離電平轉(zhuǎn)換器的另一端與外部的數(shù)據(jù)電臺(tái)及智能儀表相接。
在具體結(jié)構(gòu)上，單片機(jī)“U1”的“RAO”端接IC卡讀寫(xiě)接口中的晶體管的基極，單片機(jī)“U1”的“RA1～RA4”與IC讀寫(xiě)接口中的集成電路“U2”相接；時(shí)鐘芯片“U3”的“SCLK”端接單片機(jī)“U1”的“RD2/PSP2”端；功能接鍵接口“KEY1”與單片機(jī)“U1”的“RB2、RB3、RB7”端相接；E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“U6”接單片機(jī)“U1”的“RB4、BA3”端；段式液晶顯示接口接單片機(jī)“U1”的“RA4/TOCKI、RB1”端；閥門驅(qū)動(dòng)電路中的輸入端即與非門“U7A”的輸入端接單片機(jī)“U1”的“RB6”端；串口擴(kuò)展器“U4”的“PIN、DOUT、SCLK、CS”端，分別接單片機(jī)“U1”的“24、23、22、21”腳；光電隔離電平轉(zhuǎn)換器“U5”的“T1IN”接單片機(jī)“U1”的“25”腳，光電隔離轉(zhuǎn)換器“U5”的“T2IN”端接串口擴(kuò)展器“U4”的“TX”端。
3、有益效果本裝置以微控器作為計(jì)控單元，引入IC卡技術(shù)對(duì)資源供應(yīng)進(jìn)行管理，改先用后付為先付后用，簡(jiǎn)化了管理難度，從根本解決了上述問(wèn)題。本裝置通過(guò)兩個(gè)RS232標(biāo)準(zhǔn)方便地與數(shù)傳電臺(tái)、智能儀表等串行接口，從而構(gòu)成實(shí)時(shí)有序的管理、監(jiān)控系統(tǒng)。大大提高了對(duì)供熱系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平，既確保了企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益，又達(dá)到了充分利用資源的目的。其中，IC卡的管理，包括控制、數(shù)據(jù)交換、管理和統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印等均可由供應(yīng)方計(jì)算機(jī)來(lái)完成，便于管理。本裝置作為實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵性基礎(chǔ)部件，具有存儲(chǔ)容量大、數(shù)據(jù)保密性好、抗干擾能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、速度快等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與性能具有重要意義。
1.采用無(wú)線電通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供熱(包括供電、供水、供氣、交通等行業(yè))監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)線組網(wǎng)；2.以微控器作為計(jì)控單元，引入IC卡技術(shù)對(duì)供熱(包括供電、供水、供氣、交通等行業(yè))進(jìn)行管理，改先用后付為先付后用，簡(jiǎn)化了管理難度，提高了效益。功能部分1.預(yù)付費(fèi)功能用戶持IC卡到供應(yīng)方預(yù)付費(fèi)，管理部門在IC卡內(nèi)寫(xiě)入供應(yīng)量，同時(shí)將用戶的供應(yīng)量情況輸入系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶再將IC卡插入本裝置，才能開(kāi)啟控制閥。當(dāng)所購(gòu)量用完時(shí)，控制閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，即具備定量控制功能。
2.分時(shí)計(jì)費(fèi)本裝置可以通過(guò)軟件編程，有效地實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)費(fèi)控制。供應(yīng)方可以劃分用量高峰時(shí)段(簡(jiǎn)稱峰時(shí)段)、用量低谷時(shí)段(簡(jiǎn)稱谷時(shí)段)、一般時(shí)段(簡(jiǎn)稱平時(shí)段)等，不同的時(shí)段費(fèi)用的單價(jià)(費(fèi)率)不同，從而保證了用戶的利益。
3.定量超額功能當(dāng)IC卡中的儲(chǔ)值不足時(shí)，可由供應(yīng)方?jīng)Q定是否允許用戶超額使用一定量，如超出指定超額量，立即關(guān)閉控制閥，停止供應(yīng)。用戶下次儲(chǔ)值時(shí)，在IC卡中將超額使用的供應(yīng)量扣除，這樣既為用戶提供了方便，更主要是保證了供應(yīng)方不受損失。
4.顯示、定時(shí)控制功能用戶可以查看時(shí)間、當(dāng)前用量和購(gòu)量?？刂崎y可以根據(jù)用戶通過(guò)功能按鍵設(shè)定開(kāi)關(guān)控制閥的時(shí)間開(kāi)啟或關(guān)閉。
5.加密功能用戶標(biāo)識(shí)碼與裝在用戶處的IC卡計(jì)費(fèi)控制裝置是唯一對(duì)應(yīng)的。
四

圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，其中有單片機(jī)1、IC卡讀寫(xiě)接口2、時(shí)鐘芯片3、功能按鍵接口4、E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(5)、段式液晶顯示接口6、閥門驅(qū)動(dòng)電路7、串口擴(kuò)展器(8)、光電隔離電平轉(zhuǎn)換器(9)。
圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明圖2中左半部分的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的無(wú)線通訊式集成電路卡供熱監(jiān)控裝置以單片機(jī)1為中心，單片機(jī)的讀寫(xiě)口與IC卡讀寫(xiě)接口2相接，單片機(jī)的時(shí)鐘端與時(shí)鐘間片3相接，單片機(jī)的輸入口端與功能按鍵接口4相接，單片機(jī)的信號(hào)輸出端分別與段式液晶顯示接口6和閥門驅(qū)動(dòng)電路7相接，單片機(jī)還分別接E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5、串口擴(kuò)展器8、光電隔離電平轉(zhuǎn)換器9，光隔離電平轉(zhuǎn)換器的另一端與外部的數(shù)據(jù)電臺(tái)及智能儀表相接。
單片機(jī)“U1”的“RAO”端接IC卡讀寫(xiě)接口2中的晶體管T1的基極，單片機(jī)“U1”的“RA1～RA4”與IC讀寫(xiě)接口2中的集成電路“U2”相接；時(shí)鐘芯片3“U3”的“SCLK”端接單片機(jī)“U1”的“RD2/PSP2”端；功能接鍵接口“KEY1”與單片機(jī)“U1”的“RB2、RB3、RB7”端相接；E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“U6”接單片機(jī)“U1”的“RB4、BA3”端；段式液晶顯示接口接單片機(jī)“U1”的“RA4/TOCKI、RB1”端；閥門驅(qū)動(dòng)電路中的輸入端即與非門“U7A”的輸入端接單片機(jī)“U1”的“RB6”端；串口擴(kuò)展器“U4”的“PIN、DOUT、SCLK、CS”端，分別接單片機(jī)“U1”的“24、23、22、21”腳；光電隔離電平轉(zhuǎn)換器“U5”的“T1IN”接單片機(jī)“U1”的“25”腳，光電隔離轉(zhuǎn)換器“U5”的“T2IN”端接串口擴(kuò)展器“U4”的“TX”端。
1.PIC16C74單片機(jī)本裝置選用的PIC16C74是由美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的一種新型CMOS工藝8位EPROM型單片機(jī)，具有低功耗、低工作電壓、高性能、高速度、全靜態(tài)、較強(qiáng)的引腳直接驅(qū)動(dòng)能力等特點(diǎn)。該單片機(jī)在靜態(tài)時(shí)處于低功耗休眠狀態(tài)，功耗小于3uA。當(dāng)接收到外部指令、有IC卡操作或到達(dá)開(kāi)關(guān)閥時(shí)間，單片機(jī)才由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)。它還具有片內(nèi)上電復(fù)位、看門狗等安全保護(hù)電路。單片機(jī)采用串行通信方式與各外圍器件通訊，使硬件電路得到簡(jiǎn)化，從而降低產(chǎn)品的成本。
2.IC卡及讀寫(xiě)接口電路IC卡采用德國(guó)simens公司生產(chǎn)的加密型智能卡SLE4442，該卡具有存儲(chǔ)能力為256字節(jié)的可編程E2PROM主存儲(chǔ)器和一個(gè)32位帶PROM功能的保護(hù)存儲(chǔ)器，其觸點(diǎn)配置和串行接口符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)，具備只有輸入正確的3字節(jié)可編程密碼(加密存儲(chǔ)區(qū))后才能修改數(shù)據(jù)的特性。如果連續(xù)3次出現(xiàn)校驗(yàn)錯(cuò)誤，則卡自動(dòng)鎖死，數(shù)據(jù)只能讀出，再也不能改寫(xiě)。具有良好的機(jī)器讀寫(xiě)性能、良好的安全防范技術(shù)。IC卡還具有抗磁性、抗靜電和抗各種射線干擾的能力，抗機(jī)械、化學(xué)破壞能力也很強(qiáng)。目前，該卡至少可擦寫(xiě)106次，有10年的數(shù)據(jù)保存期。
IC卡讀寫(xiě)接口電路主要由IC卡卡座和保護(hù)電路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了PIC單片機(jī)和IC卡的物理連接，并對(duì)插卡進(jìn)行保護(hù)。IC卡接口電路有8個(gè)引腳，當(dāng)卡插入接口時(shí)，正好與這幾個(gè)引腳相連。卡座采用滑動(dòng)觸點(diǎn)式，它有一個(gè)卡插入檢測(cè)開(kāi)關(guān)，用來(lái)檢測(cè)IC卡是否插入卡座。當(dāng)有卡插入時(shí)，改變開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，使單片機(jī)能檢測(cè)到卡的插入。這種拔插式卡座具有電路接觸良好、通信可靠的優(yōu)點(diǎn)。
3.E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)本裝置用E2PROM來(lái)存儲(chǔ)機(jī)器號(hào)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、累計(jì)數(shù)據(jù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。E2PROM選用的是美國(guó)microchip公司生產(chǎn)的24LC02B芯片，其存儲(chǔ)容量為256字節(jié)(若存儲(chǔ)量不夠，可選用24LC02B)，采用二線I2C串行總線協(xié)議與PIC單片機(jī)通訊。該芯片采用低功耗CMOS工藝制造，可以在無(wú)電源狀態(tài)下長(zhǎng)期可靠存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)重要數(shù)據(jù)，工作壽命可達(dá)106次。
4.時(shí)鐘芯片電路中采用時(shí)鐘芯片來(lái)產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制功能。時(shí)鐘芯片選用的是美國(guó)DALLAS公司的高性能、低功耗帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302。該芯片能夠?qū)γ?、分、時(shí)、日、周、月、以及年進(jìn)行計(jì)數(shù)，還能自動(dòng)調(diào)整月末日期、能對(duì)閏年進(jìn)行校正。
5.段式液晶顯示電路顯示模塊用于顯示當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間、用戶設(shè)定的時(shí)間、預(yù)存剩余以及出錯(cuò)信息等。顯示部分采用的是段式液晶顯示模塊，可以顯示8個(gè)數(shù)字和6組提示符。該模塊為反射式正顯示，用三線式串行接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。
6.功能按鍵接口電路中共設(shè)置了3個(gè)功能按鍵，提供了一個(gè)人機(jī)接口，主要用于設(shè)定時(shí)間，還能在時(shí)間顯示和供應(yīng)量顯示間切換。
7.閥門控制驅(qū)動(dòng)電路閥門驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)采用繼電器來(lái)控制閥的關(guān)閉、開(kāi)啟。兩位三通電磁閥由直流6伏供電，采用脈沖控制，只在開(kāi)啟和關(guān)閉的過(guò)程中才耗電。
8.串口擴(kuò)展接口電路及電平轉(zhuǎn)換、光電隔離電路PIC16C74單片機(jī)芯片本身有一個(gè)二線制串行通信接口SCI，串口擴(kuò)展電路采用MAX3100芯片又?jǐn)U展了一個(gè)串行接口。采用美國(guó)MAXIM公司出品的單一+5V供電的RS232收發(fā)芯片MAX232實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，把TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平。同時(shí)，該芯片內(nèi)部集成了光電隔離電路，無(wú)須外加光電隔離器件，既簡(jiǎn)化了電路，有起了降低了信號(hào)干擾，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性的作用。這樣，本裝置就具有了兩個(gè)RS232標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，可以方便地與外設(shè)，如智能儀表、計(jì)算機(jī)、數(shù)傳電臺(tái)等實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)通信，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理及遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。
本裝置由交流220V電源轉(zhuǎn)換成+5V單一電源供電，以PIC16C74單片機(jī)作為硬件電路核心，和IC卡讀卡接口電路、E2PROM、時(shí)鐘芯片、液晶顯示電路、功能按鍵接口、閥門驅(qū)動(dòng)及串口擴(kuò)展等外圍電路的串行數(shù)據(jù)通信，通過(guò)對(duì)其編程以實(shí)現(xiàn)對(duì)IC卡中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的讀、寫(xiě)，并產(chǎn)生脈沖信號(hào)對(duì)閥門進(jìn)行開(kāi)、關(guān)控制，集成度較高。用戶端可以根據(jù)需要，通過(guò)功能選擇鍵設(shè)定開(kāi)關(guān)閥時(shí)間，時(shí)間顯示和供應(yīng)量顯示3種功能，操作簡(jiǎn)單方便。段式液晶顯示屏可直觀地顯示本裝置的運(yùn)行狀態(tài)、時(shí)間、用戶IC卡內(nèi)數(shù)據(jù)值。
裝置的工作方式可以設(shè)置成與智能儀表、計(jì)算機(jī)、數(shù)傳電臺(tái)等外部設(shè)備進(jìn)行通信的全雙工異步系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。單片機(jī)的串行端口的控制寄存器，可用來(lái)設(shè)置工作方式，發(fā)送或接收狀態(tài)、特征位、數(shù)據(jù)傳送的波特率以及接受、發(fā)送中斷標(biāo)志位。串行端口的數(shù)據(jù)寄存器為發(fā)送和接收共有，滿足條件時(shí)，向數(shù)據(jù)寄存器中寫(xiě)入數(shù)據(jù)就啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程，反之讀數(shù)據(jù)寄存器就啟動(dòng)接收過(guò)程。
本裝置有兩個(gè)RS232標(biāo)準(zhǔn)串行接口，方便與外部設(shè)備進(jìn)行串行通訊，并且可用于多機(jī)通訊。通訊方式可根據(jù)數(shù)據(jù)傳送的速度要求，用軟件設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)等待方式、查詢方式或中斷方式工作。其中，采用中斷方式完成數(shù)據(jù)的傳送可以更大限度地提高資源利用率。通過(guò)計(jì)算機(jī)直接或間接與單片機(jī)串行通訊，完成裝置與計(jì)算機(jī)等的信息交換，實(shí)現(xiàn)近地或遠(yuǎn)程讀卡、控制操作。例如，本裝置與現(xiàn)場(chǎng)智能儀表、數(shù)傳電臺(tái)通過(guò)RS232標(biāo)準(zhǔn)接口，讀入由現(xiàn)場(chǎng)智能儀表采集到的流量等相關(guān)數(shù)據(jù)，以及用戶預(yù)購(gòu)剩余量，經(jīng)初步處理后傳送給數(shù)傳電臺(tái)，由無(wú)線通訊方式，將數(shù)據(jù)傳輸給供應(yīng)方的中央計(jì)算機(jī)作數(shù)據(jù)處理。計(jì)算機(jī)作出決策指令，再經(jīng)由無(wú)線通訊將指令發(fā)送給本裝置，本裝置根據(jù)指令作相應(yīng)控制。這樣就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線通訊式集成電路卡供熱監(jiān)控裝置，其特征在于該裝置以單片機(jī)(1)為中心，單片機(jī)(1)的讀寫(xiě)口與IC卡讀寫(xiě)接口(2)相接，單片機(jī)(1)的時(shí)鐘端與時(shí)鐘芯片(3)相接，單片機(jī)(1)的輸入口端與功能按鍵接口(4)相接，單片機(jī)(1)的信號(hào)輸出端分別與段式液晶顯示接口(6)和閥門驅(qū)動(dòng)電路(7)相接，單片機(jī)(1)還分別接E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(5)、串口擴(kuò)展器(8)、光電隔離電平轉(zhuǎn)換器(9)，光隔離電平轉(zhuǎn)換器(9)的另一端與外部的數(shù)據(jù)電臺(tái)及智能儀表相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線通訊式集成電路卡供熱監(jiān)控裝置，其特征在于單片機(jī)“U1”的“RAO”端接IC卡讀寫(xiě)接口(2)中的晶體管(T1)的基極，單片機(jī)“U1”的“RA1～RA4”與IC讀寫(xiě)接口(2)中的集成電路“U2”相接；時(shí)鐘芯片(3)“U3”的“SCLK”端接單片機(jī)“U1”的“RD2/PSP2”端；功能接鍵接口(4)“KEY1”與單片機(jī)“U1”的“RB2、RB3、RB7”端相接；E2PROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(5)“U6”接單片機(jī)“U1”的“RB4、BA3”端；段式液晶顯示接口(6)接單片機(jī)“U1”的“RA4/TOCKI、RB1”端；閥門驅(qū)動(dòng)電路(7)中的輸入端即與非門“U7A”的輸入端接單片機(jī)“U1”的“RB6”端；串口擴(kuò)展器“U4”的“PIN、DOUT、SCLK、CS”端，分別接單片機(jī)“U1”的“24、23、22、21”腳；光電隔離電平轉(zhuǎn)換器“U5”的“T1IN”接單片機(jī)“U1”的“25”腳，光電隔離轉(zhuǎn)換器“U5”的“T2IN”端接串口擴(kuò)展器“U4”的“TX”端。
全文摘要
無(wú)線通訊式集成電路卡供熱監(jiān)控裝置是一種用IC卡對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行管理的裝置，屬于供熱監(jiān)控系統(tǒng)智能化管理的技術(shù)領(lǐng)域。該裝置以單片機(jī)1為中心，單片機(jī)1的讀寫(xiě)口與IC卡讀寫(xiě)接口2相接，單片機(jī)1的時(shí)鐘端與時(shí)鐘芯片3相接，單片機(jī)1的輸入口端與功能按鍵接口4相接，單片機(jī)1的信號(hào)輸出端分別與段式液晶顯示接口6和閥門驅(qū)動(dòng)電路7相接，單片機(jī)1還分別接E
文檔編號(hào)G01D4/00GK1514206SQ0313224
公開(kāi)日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2003年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月5日
發(fā)明者方彥軍, 曹國(guó)華, 常健 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)