IC卡加泄漏报警燃气表技术分析_技术研究

摘要

摘要：论述了IC卡加泄漏报警燃气表的技术原理、技术设计要点、产品组成及发展前景。关键词：IC卡燃气表；泄漏报警器；IC卡加泄漏报警燃气表；智能燃气表；电机阀门Technical Analysis o

摘要：论述了IC卡加泄漏报警燃气表的技术原理、技术设计要点、产品组成及发展前景。

关键词：IC卡燃气表；泄漏报警器；IC卡加泄漏报警燃气表；智能燃气表；电机阀门

Technical Analysis of IC Card Gas Meter with Leakage Alarm

HU Yingzhao，LI Jianxia，WANG Yuqiang

Abstract：The technical principle，design key points，product composition and development prospect of IC card gas meter with leakage alarm are discussed.

Key words：IC card gas meter；leakage alarm；IC card gas meter with leakage alarm；intelligent gas meter；motor valve

1 概述

据了解，目前还没有要求安装家用燃气报警器的强制性国家规定，但有的地方政府已经迈开了要求强制安装的脚步。政策的指导作用促使燃气报警器市场迅速启动、扩大。为抓住这一难得的市场机遇，我们将燃气泄漏报警装置和IC卡燃气表组合到一起，设计开发了IC卡加泄漏报警燃气表。在原IC卡燃气表基础上修改主控线路及电气盒，增加燃气泄漏报警器接口，用户连接上燃气泄漏报警器，即可实现燃气计量的同时可以在室内燃气超标时及时报警(液晶显示屏显示报警符号，蜂鸣器发出报警声音)并控制燃气表内电机阀门关闭，切断气源，保障用户安全。由于泄漏切断时使用燃气表内电机阀门，省去了一个外置阀门，降低了成本。

2 IC卡加泄漏报警燃气表的技术原理

IC卡加泄漏报警燃气表是在IC卡燃气表上预留泄漏报警接口(见图1)，根据用户需要可与不同厂家的泄漏报警器匹配(见图2)。当燃气泄漏时，泄漏报警器输出报警开关信号给IC卡加泄漏报警燃气表，燃气表的主控线路检测到报警信号后迅速关闭表具内置的电机阀门。当排除燃气泄漏故障后，用户只需将自己的IC卡反向插入表内一次，就可以打开表内电机阀门，正常用气。

3 IC卡加泄漏报警燃气表技术设计

3.1 泄漏报警接口的设计

报警控制电路及报警信号通信协议设计是该产品需要解决的关键技术。经过调研，我们发现不同厂家的泄漏报警器都可以输出一个4.0～6.0V的开关信号。经过实验，我们制定了如下通信协议：

① 通信线为两线制，由泄漏报警器提供，线长及颜色由泄漏报警器厂家与燃气公司协定。接头为Φ2.1×Φ5.5×9.0mm的DC插头，一端与泄漏报警器的通信线连接，一端连接燃气表内主控线路板的DC插座，插头内芯为信号线，外芯为信号地线。

② 信号为开关量信号。以下情况下泄漏报警器输出报警信号(即低电平信号)：可燃气体泄漏报警、环境温度过高报警及测试泄漏报警器的声光报警性能等状态。其余情况下泄漏报警器输出正常信号(高电平信号)：预热状态(泄漏报警器接通电源后3min预热，此时无监控功能)、正常监控状态。

③ 输出正常信号(高电平信号)时泄漏报警器输出电平范围为4.0～6.0V，输出内阻为20kΩ；输出报警信号(低电平信号)时泄漏报警器输出低电平，其实质是通过泄漏报警器内部的三极管对信号地短路，电压、电阻为零。

④ IC卡燃气表接到报警信号后关闭表内电机阀门，液晶显示屏显示“关阀”等信息，提示用户采取措施。危险解除后，反插卡可开阀，正常用气。

⑤ 泄漏报警接口电路见图3、4。

3.2 数据的安全性设计

该产品的另外一个关键技术是数据的安全性。目前市场上绝大多数IC卡燃气表采用的是固定密码，且一地燃气公司使用的所有IC卡燃气表均为同一密码，一旦被电脑黑客解密，其损失将会不可估量。为保证燃气供应商的利益不受损失，我们开发的燃气表的表号和用户IC卡的卡号一一对应，即一表一卡，不一致时卡内气量不能写入燃气表，并且有密码保护。IC卡燃气表采用动态加密，使用户之间的密码各不相同。对每只IC卡燃气表每售一次气即改变一次其表内密码，最大限度地保证其数据的安全性^[1]。

动态加密的基本方法是：每一个用户新开户时均由计算机产生一个随机密码，经用户IC卡写入IC卡表的储存区中，且随后由IC卡表内微处理器(CPU)将IC卡中密码区内容清除。用户下次购气时，计算机又产生一新随机密码，用户输入气量过程中，又将新的随机密码写入IC卡表储存区中，更新旧的随机密码，然后擦除IC卡中密码内容。用户每购一次气，IC卡中密码和表中密码均动态改变一次，并且无规律可循，能较好地防御一些电脑黑客通过窃取IC卡密码获取不正当利益。

4 IC卡加泄漏报警燃气表产品组成

4.1 IC卡加泄漏报警燃气表组成

IC卡加泄漏报警燃气表由基表(也称机械燃气表)、计量传感器、电机阀门、电子控制器(包括主控线路板和电气盒)4部分组成，是具有预付费功能的燃气计量装置，具有精确记数功能、数据交换功能、电机阀门自动控制功能、非法操作处理功能、欠压处理功能、掉电保护功能、数据液晶显示与报警声音提示功能等。其管理系统采用模块化程序设计，界面友好，操作简单。与普通IC卡燃气表不同的是，它可以连接不同厂家的泄漏报警器，具有室内燃气泄漏超标时报警并关闭表内电机阀门，切断气源的功能。

基表(也称机械燃气表)：选用优质精准可靠的家用膜式燃气表，常用规格为1.6、2.5、4.0m³/h三种。

计量传感器：计量传感器是由两个干簧管、两片取样线路板、三股导线(含三芯插头)焊接而成，它安装在基表的机械计数器架上，分布在字轮的上下两边，成为两路传感器，用三芯插头插接到主控线路板上，把基表运行时计量的数据实时传输到主控线路板上，并在液晶显示屏上显示。设置的这两路传感器，只有依次检测到两路脉冲信号时才计量一个单位气量，否则为故障情况处理，及时关阀断气。这种独特的双计数方式，保证了计量的准确性与可靠性，维护了燃气公司和用户的利益^[2]。

电机阀门：电机阀门采用进口微电机，齿轮螺杆传动或自脱扣蜗杆式传动结构，功耗极低，开关可靠，各项指标要达到国家有关标准要求。

电子控制器：

① 主控线路板：包括印刷线路板、微处理器、液晶显示屏、卡座、蜂鸣器等元器件，其中微处理器是主控线路板的核心部分。考虑到对燃气表功耗、RAM容量、I/O口数量、硬件模块及成本的需求，本产品选用Microchip公司的PIC16F72作为本燃气表的主控芯片。

② 电气盒：自主设计，协作加工，与机械燃气表配套，简洁一体美观。因增加了泄漏报警器接头，电气盒重新根据具体的基表进行改造，即在原电气盒侧面加一泄漏报警预留端口，即接通主控线路板的DC-039M插座。

4.2 管理系统

管理系统以计算机为主体，由IC卡读写器、打印机、接口软件与信息管理软件构成。应用程序结构采用C/S，模式既可以单机操作，也可以远程联网。服务器操作系统采用Windows 2000 Server，数据库系统采用SQL Server 2000或Sybase SqlAnywhere，客户机操作系统为Windows XP或Windows 2000 Professional。整个管理系统采用模块化程序设计，界面友好，操作简单。数据库加密储存，操作员权限设置明确、详细，保障整个系统运行安全可靠。数据运算正确无误，流程清晰，数据查询方便快捷，打印报表准确完整。系统主要有用户管理、售退气管理、特殊卡管理、查询、报表、系统维护6个功能模块。燃气公司营业部登录该管理系统后，可对燃气用户进行开户、售气、换表、补卡、查询等业务操作。用户将存有购气信息的IC卡插入燃气表内即可开阀用气^[3]。

5 IC卡加泄漏报警燃气表的技术优势

① IC卡加泄漏报警燃气表利用燃气表的内置电机阀门进行泄漏报警时关阀断气，不需另外加装切断装置，不仅减少了安装工程量，更重要的是减少了一个燃气泄漏的隐患点。

② 一般的可燃气体泄漏报警装置采用的切断阀基本为非防爆型电磁阀或为电动机械臂切断装置，均使用220V交流工作电源。IC卡加泄漏报警燃气表的内置电机阀门为本安型防爆电机阀门，工作电源为4～6V直流，且电机阀门的使用寿命不小于1×10⁴次，更加安全可靠。

③ 数据动态加密方式是本产品的一个显著优点。我们采用的随机加密方式是一表一密码，该密码由系统按某算法随机产生，无法跟踪解密，且用户每购一次气，系统再产生一个新的随机密码替换原密码，最大限度地限制了恶意解密的可能性，保护数据的安全。

6 结语

IC卡加泄漏报警燃气表研发成功后，自2010年9月投产，已使用4000只。通过对IC卡加泄漏报警燃气表的设计开发和用户的反馈情况来看，该产品可与不同厂家的泄漏报警器连接，在精确计量的同时可以在室内燃气超标时报警，并及时关闭表内阀门，切断气源，保障用户用气安全。具有计量准确、安全可靠、使用方便、性价比高的特点，既降低了成本，又易于安装，同时满足了用户装修简洁美观要求，推广应用前景十分广阔。

参考文献：

[1] 钟长秀，倪建华，马英.IC卡燃气表在济宁市的应用与发展[J].城市燃气，2006(增刊)：33-36.

[2] 陈国勇，倪建华，马英.IC卡燃气表的可靠性探讨[J].煤气与热力，2010，30(8)：B18-B20.

[3] 杨铮.IC卡燃气表的现状和发展趋势[J].煤气与热力，2007，27(1)：34-36.

(本文作者：胡莹昭¹ 李建霞¹ 王玉强² 1.济宁华润燃气有限公司蓝威智能网络中心山东济宁 272000；2.济宁华润燃气有限公司山东济宁 272000)