基于智能卡的预付费煤气表应用系统

【摘要】：本文详细论述了煤气计量收费的发展历程，IC卡预付费煤气表应用系统的构成，IC卡的分类以及智能卡预付费煤气表的应用分析。 全文的展开分为IC卡的种类及特点、基于智能卡的预付费煤气表应用系统的硬件设计、基于智能卡的预付费煤气表应用系统的软件设计三大部分，并提出了基于智能卡的预付费煤气表应用系统的各部分构成及应用分析。其中，关键技术主要包括：传感器技术、单片机及接口技术、IC卡技术、信息处理技术和精密机械技术。 设计的第一部分是IC卡的种类及特点。根据IC卡内所镶嵌集成电路的不同，可以将IC卡分成存储卡、逻辑加密卡、智能卡（CPU卡）等，它们各自具有不同的数据保护安全级别。从卡的物理结构及安全机制出发，对存储卡、逻辑加密卡、智能卡（CPU卡）进行了深入的研究，通过对存储卡、逻辑加密卡、智能卡（CPU卡）的物理结构及安全机制分析可以看出智能卡具有较高的安全级别。本文针对IC卡的内部结构和应用安全性分析，提出了选用智能卡作为预付费煤气表应用系统的存储媒介的设计方案。基于智能卡的预付费煤气表应用系统的设计极大地提高了系统的稳定性和安全性。本部分的研究也同时为第二部分基于智能卡的预付费煤气表应用系统的硬件设计中IC卡的选型提供了参考依据。 设计的第二部分是基于智能卡的预付费煤气表应用系统的硬件设计。从系统的稳定性、可靠性和抗干扰能力出发，同时考虑区域差异、现场环境、操作人员技术水平等因素，对本系统中各个硬件组成环节进行了深入研究，设计了相应的硬件系统。选用智能卡 WP=65 作为存储媒介提高了系统的稳定性和抗干扰能力，在单片机设计上选用美国德州仪器公司的微功耗MSP430系列单片机，有效地降低了系统功耗，由于MSP430 F413单片机内置液晶驱动器，提高了系统的集成度，技术设计先进。本系统所使用的预付费控制器在应用上具有简捷方便的操作步骤和直观明确的提示信息，达到了可靠性和易用性兼顾的设计原则。 设计的第三部分是基于智能卡的预付费煤气表应用系统的软件设计。从系统的可扩充性、安全性、灵活性触发，对本系统中各个软件设计环节进行了深入研究，设计了相应的软件系统，保证了完整系统的协调工作。在单片机和管理系统的软件设计上采用了模块化的设计思想，同时遵循便于扩展和便于维护的原则，并采用设置“软件陷阱”及采用“事务处理”等解决方法，增强了系统的抗干扰能力，确保了软件系统的可靠性和稳定性，同时具有功能齐备、扩展灵活、操作简便等特点。在管理系统的构成上采用了客户/服务器体系结构，客户端连接加密器，关键数据利用加密器进行加密及解密处理，增强了管理系统的安全性。每笔交易数据由客户端及服务器端同时保存，并按批号对网点终端生成交易结算记录。同时管理系统还结合不同地区煤气公司管理部门应用上的共同点和差异分析，进行软件系统的总体设计，以最大限度地满足煤气公司收费管理的实际要求，增强本系统管理软件的通用性。 本文列举了煤气计量收费的发展历程，阐述了国、内外在不同时期所采用的技术路线和技术方案，分析了技术上的优缺点。针对当前煤气计量收费的要求和特点，本文从安全性和可靠性出发，提出了基于智能卡的预付费煤气表应用系统的设计方案，它包括两层结构：硬件软件系统及煤气表部分。并对基于智能卡的预付费煤气表应用系统的硬件及软件设计方案给出了详细的论述。采用基于智 WP=66 能卡的预付费煤气表应用系统的设计方案技术先进，安全可靠，符合当前煤气计量收费的技术要求，克服了原有采用基于逻辑加密卡的预付费煤气表应用系统所表现出来的安全性低、可靠性差等缺陷，从技术上看既有所继承又有所创新，符合当前公用事业部门管理现代化的要求。 采用基于智能卡的预付费煤气表应用系统的设计方案由于具有较高的安全性和可靠性，因此发展潜力空间很大。目前，基于智能卡的预付费煤气表应用系统正在成为IC卡预付费应用领域的主流。IC卡预付费水表、IC卡预付费电表、IC卡预付费热量表的应用也越来越多地开始采用基于智能卡的设计方案，这也是科技进步和技术发展的必然趋势。 目前国内现有的IC卡预付费表应用系统中的单片机使用较多的仍然是8位单片机，而本方案在单片机的选型上，则选取了美国德州仪器公司最新推出的16位微功耗MSP430系列单片机。MSP430系列单片机具有更卓越的品质，在欧洲已得到了非常广泛的应用，在超低功耗和功能集成等方面有明显的特点，具有处理能力强、运行速度快、超低功耗等优点，更具有开发方便、可以现场编程等优点。因此性能价格比高，适合应用在各种要求极低功率消耗的场合。这个系列中的多个型号是由一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成。MSP430系列的Flash型芯片内部集成了功能丰富的各种资源，从应用角度看，具有开发设备简便、可现场编程等特点。因此采用MSP430系列单片机开发的基于智能卡的预付费煤气表应用系统，设计方案先进，具有广泛的应用前景。 本设计方案所选用的传感器、单片机、ESAM模块、智能卡、电磁阀门（电动阀门）等硬件都是根据实测信号的技术指标而精心设计的，对信号的处理是根据其精度要求、工作环境等 【关键词】：预付费煤气表 智能卡 单片机 预付费控制器 应用系统
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TP274.2
【目录】：

• 第一章 绪论6-16
• 1.1 引言6-7
• 1.2 煤气计量收费技术的现状与发展趋势7-12
• 1.2.1 国外煤气计量收费的现状与发展趋势7-8
• 1.2.2 国内煤气计量收费的现状与发展趋势8-12
• 1.3 基于智能卡的预付费煤气表应用系统的组成12-14
• 1.3.1 基于智能卡的预付费煤气表应用系统工作过程13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第二章 IC卡的种类及特点16-23
• 2.1 存储卡16-17
• 2.2 逻辑加密卡17-18
• 2.3 智能卡18-23
• 2.3.1 智能卡的特点20-21
• 2.3.2 智能卡操作系统(COS)及安全性分析21-23
• 第三章 基于智能卡的预付费煤气表应用系统的硬件设计23-35
• 3.1 基于MSP430单片机的低功耗系统设计25-28
• 3.2 预付费控制器的工作原理28-31
• 3.3 液晶显示电路设计31-35
• 第四章 基于智能卡的预付费煤气表应用系统的软件设计35-55
• 4.1 主程序及初始化模块的软件设计37-40
• 4.2 智能卡读写模块的软件设计40-50
• 4.2.1 智能卡的文件结构41-45
• 4.2.2 智能卡的密钥生成及发行管理45-50
• 4.3 液晶显示模块的软件设计50-53
• 4.4 销售管理系统的软件设计53-55
• 第五章 全文总结55-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-64
• 摘要64-73

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