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摘 要

摘要：探討了IC卡燃?xì)獗碇虚y門的可靠性、脈沖計數(shù)的準(zhǔn)確性、卡數(shù)據(jù)的完整性、電池掉電處理的可靠性。關(guān)鍵詞：IC卡燃?xì)獗?；智能燃?xì)獗?；可靠性；脈沖計數(shù)；掉電Discussion on Reliabilit
摘要：探討了IC卡燃?xì)獗碇虚y門的可靠性、脈沖計數(shù)的準(zhǔn)確性、卡數(shù)據(jù)的完整性、電池掉電處理的可靠性。
關(guān)鍵詞：IC卡燃?xì)獗?；智能燃?xì)獗恚豢煽啃?；脈沖計數(shù)；掉電
Discussion on Reliability of IC Card Gas Meter
CHEN Guo-yong，NI Jian-hua，MA Ying
Abstract：The reliability of valve in IC card gas meter，accuracy of pulse counter，data integrality and treatment reliability during battery power fail are investigated.
Key words：IC card gas meter；intelligent gas meter；reliability；pulse counter；power fail
   IC卡燃?xì)獗硎窃趥鹘y(tǒng)膜式燃?xì)獗淼幕A(chǔ)上，增加了電子控制器、閥門及脈沖計數(shù)采樣裝置這3部分，具有預(yù)付費(fèi)功能的燃?xì)庥嬃垦b置。隨著金卡工程的全面推廣，全國涌現(xiàn)出很多IC卡燃?xì)獗砩a(chǎn)廠家。經(jīng)過逾10年的發(fā)展，目前IC卡燃?xì)獗碓诠δ芎涂煽啃陨隙加辛撕艽筇岣?sup>[1～4]，主要在關(guān)閥的可靠性、卡數(shù)據(jù)的完整性以及脈沖計數(shù)的準(zhǔn)確性等方面采用了新的技術(shù)和方法。筆者多年從事IC卡燃?xì)獗淼难邪l(fā)和生產(chǎn)工作，本文針對IC卡燃?xì)獗淼倪@些技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行探討。
1 閥門的可靠性
    ① 閥門安裝方式的可靠性
    IC卡燃?xì)獗碇械拈y門按安裝方式分，有外置閥和內(nèi)置閥兩種。外置閥沒有安裝空間的限制，因而閥的設(shè)計可以只考慮其電器性能最佳。其缺點(diǎn)是表面有一條不好隱蔽的引線，這個引線常常成為惡意攻擊的目標(biāo)。內(nèi)置閥比較隱蔽，基本不存在引線被故意剪斷的可能性。但安裝內(nèi)置閥需要在基表上鉆孔以便安裝電動機(jī)引線過渡接頭，存在破壞表的密封性的隱患。無論外置閥還是內(nèi)置閥都必須保證電線、電動機(jī)或閥線圈不與人工煤氣接觸，否則兩年之內(nèi)，煤氣中的硫化物等腐蝕性氣體就會把它們腐蝕得完全不能工作。這一點(diǎn)對閥的長期可靠性至關(guān)重要。
   ② 閥門電器性能的可靠性
   按電器特性區(qū)分，閥門又可分為雙穩(wěn)態(tài)電磁閥和電機(jī)閥兩種。這兩種閥的特性有很大不同，雙穩(wěn)態(tài)電磁閥的開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)都不需要供電，只在從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換時需短時間供電。電機(jī)閥是靠電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來開啟或關(guān)閉的閥門。
   對于普通5號堿性電池供電的IC卡燃?xì)獗?，閥門的可靠性關(guān)鍵是要保證電子控制器檢測到電池電壓低于欠壓保護(hù)值時，閥門仍能可靠關(guān)閉。1000μF左右的電解電容已能讓目前微功耗電路工作很長時間。電池電壓低于欠壓保護(hù)值時，閥門怎么關(guān)閉呢？電磁閥和電機(jī)閥略有不同。對于電機(jī)閥一般采用一個超大容量的電容給關(guān)閥電路供電，閥門關(guān)閉后能可靠密封，外部氣流或外機(jī)械力不能沖開閥門。電磁閥開關(guān)所需能量少，電池取下后，3000μF電解電容里的儲能即可關(guān)閥。但電磁閥也有弊端，閥門在關(guān)閉狀態(tài)下，反向氣流能把閥門吹回到開啟狀態(tài)。
    使用鋰電池可以解決電磁閥受攻擊的難題，只要電路上做好閥門實(shí)際狀態(tài)檢查和反復(fù)再次關(guān)閥功能，保證閥門多次受攻擊后，可以可靠地多次再關(guān)閥，電磁閥的可靠性就能得到一定保證。鋰電池必須加鉛封，用戶不能隨意取下。
    讓閥門隔一段時間就開啟、關(guān)閉，活動一下，是閥門長期可靠工作的另一個重要保證。若長時間在一個位置，絲毫不活動，閥門可能會被燃?xì)庵械碾s質(zhì)牢牢粘住而無法開關(guān)。畢竟是由電池供電，驅(qū)動閥門的力量有限。
2 脈沖計數(shù)的準(zhǔn)確性
    目前我國的IC卡燃?xì)獗砭捎妹}沖計數(shù)方式，即在原基表機(jī)械計數(shù)器上加裝脈沖傳感裝置如干簧管、霍爾元件等，產(chǎn)生脈沖輸出，電子控制器對采集到的脈沖進(jìn)行累計和換算，獲得數(shù)據(jù)。目前廣泛使用干簧管計數(shù)，脈沖計數(shù)原理見圖1。
 
   這種方式無論成本還是功耗都很低。但干簧管的機(jī)械觸點(diǎn)存在抖動現(xiàn)象，影響了計數(shù)的準(zhǔn)確性，特別是當(dāng)轉(zhuǎn)輪上的磁鋼剛好停在于簧管的臨界點(diǎn)時，干簧管會不定時地傳一個信號出去，延時檢測法無法完全消除這種不可靠信號。采用雙干簧管可以很好地消除這種不準(zhǔn)確性。
   在轉(zhuǎn)輪的周圍，一般是在一條直徑的對應(yīng)位置，裝兩個干簧管，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)一圈，兩個干簧管各吸合一次。只一個干簧管多次給出信號，可認(rèn)為是干簧管的機(jī)械抖動。兩個干簧管交替吸合，轉(zhuǎn)輪才是真正的轉(zhuǎn)了一圈，以此狀態(tài)的信號作為計數(shù)信號，計量就是完全準(zhǔn)確的。
   這種計數(shù)方式在軟件上還可以增加更多功能，如兩個干簧管同時吸合，可認(rèn)為是外磁干擾。若只有一個干簧管長時間等間隔地給出信號，可認(rèn)為是另一個干簧管損壞了。這是因?yàn)槎秳有盘柺请S機(jī)的，不可能等時間間隔給出信號。
3 卡數(shù)據(jù)的完整性
    目前IC卡燃?xì)獗碇惺褂玫目ㄓ羞壿嫾用芸?、智能?CPU卡)等，但用得最多的依然是邏輯加密卡，如西門子的SLE4442卡、愛特梅爾的AT88SC102卡與AT88SC1604卡等。無論使用什么卡都必須考慮到，用戶插拔卡是隨意的，有可能在數(shù)據(jù)還沒有讀完、或回寫數(shù)據(jù)還沒有寫完時，卡就已被拔出，可能根本沒有校驗(yàn)卡數(shù)據(jù)的時間，因此卡數(shù)據(jù)的完整性必須要精心考慮。
    IC卡燃?xì)獗碇械碾娮涌刂破髯xIC卡中的工作參數(shù)時，不必回寫，對于這種只讀不改寫的數(shù)據(jù)可在數(shù)據(jù)鏈的最后加上CRC校驗(yàn)。需要更改工作參數(shù)時，如果電子控制器對讀出的IC卡中數(shù)據(jù)校驗(yàn)不正確，就不會更改IC卡表的工作參數(shù)，IC卡表依然按原參數(shù)工作，下次插卡重讀新數(shù)據(jù)就可以了。這種方法可以推廣到IC卡中的其他數(shù)據(jù)操作。
    IC卡燃?xì)獗碇械碾娮涌刂破髯xIC卡中的資金余額或氣量余額時，常常要改寫卡中的余額數(shù)據(jù)。對于卡數(shù)據(jù)沒寫完而卡就被拔出的情況，一個有效的措施是，把閥門關(guān)閉，提醒用戶再次插卡，以完成剩余數(shù)據(jù)的讀寫。更好的方法是，精心規(guī)劃系統(tǒng)數(shù)據(jù)，盡量少往卡中回寫數(shù)據(jù)，或不回寫數(shù)據(jù)。我們采用的方法是燃?xì)夤緦懙娇ㄖ械馁彋忸~是每次售氣都累加的總購氣額，電子控制器對這個數(shù)據(jù)只讀不改寫，用總購氣額減去表內(nèi)總的已用氣量，就得到了用戶的購氣余額。
    電子控制器往卡中寫總用氣量或表工作狀態(tài)等反饋數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)最后是帶CRC校驗(yàn)碼的，這樣防止了反饋數(shù)據(jù)的不完整。其他數(shù)據(jù)的完整性也采用類似只讀不寫的方法。
4 掉電處理的可靠性
    電子控制器掉電是指控制器中的電源檢測芯片檢測到電池電壓低于其正常工作電壓值。掉電處理是IC卡燃?xì)獗碜钜壮鰡栴}的地方。控制軟件設(shè)計者必須清楚兩件事：①意外掉電(比如在插IC卡的瞬間，由于外界震動導(dǎo)致電池松動)后，電子控制器保證正確保存工作數(shù)據(jù)所需的最長工作時間。這個時間決定了要多大的電容才是可靠的。②哪些數(shù)據(jù)是共享數(shù)據(jù)資源，決不能讓共享數(shù)據(jù)在處理意外事件時發(fā)生沖突。意外掉電后的最長工作時間很難測出來，這需要軟件工作者按程序的流程來計算。例如在閥門開啟過程中插了卡，往卡中寫了一半數(shù)據(jù)時又來了一個計數(shù)脈沖，計量數(shù)據(jù)正等待重新計算，這時又掉電了。
    電子控制器掉電后要立即關(guān)閉所有可能耗電較多的單片機(jī)外設(shè)或沒必要工作的外設(shè)，以節(jié)約電能，然后再把用氣信息等緊急數(shù)據(jù)保存到非易失內(nèi)存中。同時要在處理緊急數(shù)據(jù)時關(guān)掉單片機(jī)中斷，否則就可能把中間計算結(jié)果給保存了。關(guān)中斷又增加了掉電后的工作時間。很多IC卡表就是因?yàn)椴荒芡耆_地處理意外掉電過程，所以才會偶爾出現(xiàn)掉電后再恢復(fù)供電時數(shù)據(jù)錯亂的現(xiàn)象。處理好掉電流程，是目前大多數(shù)IC卡燃?xì)獗硖岣咂淇煽啃缘淖铌P(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
5 結(jié)語
    IC卡燃?xì)獗硎且粋€機(jī)械和電子緊密結(jié)合、協(xié)調(diào)工作的設(shè)備，除以上提到的可靠性問題外，還應(yīng)考慮到燃?xì)獗淼耐獠抗ぷ鳝h(huán)境，要注意電路部分的防潮、防腐蝕處理。
    IC卡燃?xì)獗砜梢宰屓細(xì)夤緦?shí)現(xiàn)預(yù)收費(fèi)，并且由用戶自己交費(fèi)，減少了專門收費(fèi)人員，因此IC卡燃?xì)獗砗苁苋細(xì)夤镜臍g迎。閥門的可靠性、計量的準(zhǔn)確性、卡數(shù)據(jù)的完整性以及掉電處理的可靠性是實(shí)現(xiàn)這些功能的重要保證。在保證基本功能可靠工作的基礎(chǔ)上，再增加方便燃?xì)饨y(tǒng)計管理的功能，才是燃?xì)夤咀钕Ｍ腎C卡燃?xì)獗怼?/span>
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(本文作者：陳國勇 倪建華 馬英 濟(jì)寧華潤燃?xì)庥邢薰?山東濟(jì)寧 272000)