IC卡电表及用电信息管理系统
王怀山
（郑州轻工业学院 郑州，450002）
摘 要：介绍了IC卡电表及用电信息管理系统各部分的组成，它包括IC卡、IC卡电表、刷卡电路和信息管理系统四部分，给出了结构框图和软件流程图，在实际应用中达到了预期的目的。
关键词：IC卡 IC卡电表 读卡器 信息管理
0 引 言
随着智能化住宅小区的兴起与迅速发展，对智能化住宅小区的现代化物业管理提出了更高的要求，例如用电管理。传统的用电管理模式存在以下弊端：（1）人工抄表误差大、费时、麻烦；（2）先用电后付费，收费慢，加之各单位门户的防盗门，很不方便，甚至一部分电费收不回来。迅速发展的IC卡技术引入用电管理可以解决以上问题，还可以记录各用户的用电情况，备份用电数据，实现有效的监督管理。
1 系统构成
不需要改造原有的供电系统和回路，只需把各用户的电表更换为IC卡电表并且外移集中到楼道，依靠一台微机和一台刷卡机以及一套管理软件就可构成用电信息管理系统，如图1所示。其中IC卡作为沟通电表和管理系统的中介。
1．1 IC卡
IC卡采用接触式的具有加密功能的SLE4442芯片，此卡为Siemens公司制造，与ATMEL公司的AT88SC102相当。SLE4442的主存储器为256×8位的EEPROM，其中从地址00H～1FH开始的32个字节是保护区，具有带位保护功能，被保护的单元不可擦除和改写。剩下的20H～FFH空间为应用区，归用户使用。此外，SLE4442还有一个可编程安全码（PSC）逻辑，且只有在比较PSC正确后才能进行写／删除操作，若三次比较PSC不正确后，误码计数器EC将置为0，卡将自行锁住后续的PSC比较及写／删除操作。
SLE4442具有内部的自升压电路，使芯片只要＋5V电压支持，而不需要外部提供进行EEPROM单元擦除所需的较高电压。其EERPOM单元的擦除次数在10万次以上，数据保存年限可达100年。
此卡在电信号和传输协议采用ISO／IEC7816－3国际标准，复位应答信号采用ISO／IEC7816－10国际标准。
此卡的优点是对它的操作仅需3根线分别为：时钟信号CLK；复位信号RST和数据线I／O。将卡插入刷卡机时，IC卡加电产生一段宽脉冲信号，脉冲宽度符合ISO／IEC7816－3国际标准，命令时序如图2所示。
1．2 刷卡电路
刷卡电路是连接IC卡和应用系统间的桥梁，是IC卡应用中必不可少的重要环节。刷卡电路框图如图3所示。为了防止供电回路短路，需设计为不带电插拨方式。手动插拨的IC卡插座依靠进卡检测开关（接通或断开）的信号来判断是否有卡插入，识别程序需加消颤处理，下面给出部分程序。
由于IC卡自身带有CPU，对卡的操作包括ATR过程和COS命令的传递与应答过程，其通信协议按ISO7816－3的标准，与计算机的异步通信格式基本相同，接口电路提供给IC卡的是一个3．57MHz的稳定时钟，通信接口参数设置为9600bps，1个起始位，8个数据位，一个奇偶校验位，2个停止位。根据经验，在构造复位应答程序时最好别采用简单的超时接收和协议分析接收方式，因为无法准确地形成有效的响应时间控制，过长的超时时间影响操作系统性能。由于IC卡的复位响应字节流是连续的，即使有中断在3．75MHz下也不会超过2ms，因此，可以通过字节间的超时判断来形成是否应答结束的判断。
1．3 IC卡电表
IC卡电表需具有预收费、显示、加密、报警和断电功能。
为了降低成本，采用机械式IC卡电表，此款只要在传统的电表基础上稍加改进，而且可以满足计量所需的精度。在传统机械式转盘电表的表盘上贴一反光标志，标志每转一圈，就将发光二极管的光线反射到光敏管上一次，产生一个电脉冲，经单稳态整形后送入CPU，作为用电量的累加信号。计量单位累计满1度电时，储存的电度数减1，当减至预警电路时，报警。如果此时未及时购电，可以将卡插入电表使用备用的30度电，这期间需购电并刷卡补充，否则备用电用完后，将切断用户用电，不能再接通直到购电并刷卡。
由于篇幅的关系现给出电表原理框图如图4所示。其中CPU采用AT89C2051，片外存储器用EEP－ROM型的AT24C01，用于存放电表编号、密码、电表常数（转／度）、预警度数、可用电度数、转盘转数等运行参数。MAX706防止预付费电表中程序的死机，提高可靠性，避免不必要的损失和麻烦。P1．6接黄色报警指示灯，该灯亮提醒用户买电。否则电用完后，系统通过P1．7输出一个低电平，经非门后使三极管9013的基极为高电平。此时三极管导通，集电极为低电平，因此红色指示灯亮（也可换成蜂鸣器响）给用户最后报警，并且通过JQX－15F－B切断电源，停止供电。
1．4 电表软件设计
电表中的89C2051应用软件主要由主程序和IC卡密码判别、数据处理、电量检测及中断申请、掉电数据保护中断申请等子程序组成，下面给出部分框图（如图5、图6）。程序的难点在IC卡读／写和EEP－ROM芯片的读／写，其它为常见程序。IC卡的读写前面有介绍，下面介绍24C01的读写程序。
1．5 管理系统设计
IC卡电表信息管理系统是沟通IC卡、用户和管理人员的媒介，需具有以下功能：建立用户档案（开新卡），设置用户密码、用户用电管理（用电情况从卡上回馈到系统，查询）、售电收费管理（向卡上写入购电量、置废卡等）、统计和报表打印等。要实现以上功能，需要数据库技术、VB＋＋（或VC＋＋）平台和串行通讯技术支持。软件设计略。
本文关键字：管理系统 电工文摘，电工技术 - 电工文摘
