1、1STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表CPU卡预付费家用膜式燃气表功能介绍一、 概述CPU卡燃气表采用先进的 CPU智能卡以及嵌入式安全模块 ESAM作为数据信息存储和传递的介质，具有很高的安全性和抗攻击性；在电路设计中使用美国高性能 8位低功耗单片机作为微处理器，有效降低了电控部分的功耗，具有较高运行稳定性；CPU 智能卡的文件结构和操作完全符合中国人民银行金融卡规范(PBOC 规范)，可以非常方便地与金融系统实现一卡通，同时也可以方便的实现一卡多表应用。二、 主要功能可以实现一表多卡收费：一块燃气表最多可以配有三张用户卡，实现多人交费的功能。预付费功能：可以通过三张用
2、户卡中的任意一张向 CPU卡燃气表中写入购气量，当购气量使用完毕，即剩余气量为零时，阀门自动关闭切断用户用气；用户只有再次缴费购气并将购气量通过用户卡写入 CPU卡燃气表后才能自动打开阀门恢复继续用气。显示功能：正常情况下燃气表液晶在插卡查询时显示表内的剩余气量。报警功能：当用户剩余气量小于设定值（该值由设置卡对表设置）时，燃气表液晶显示“余量不足” ，同时剩余气量每减少 0.1M3，蜂鸣器会给出一声报警提示音，提示用户尽快购气； 当燃气表处于异常工作状态时，液晶会显示“非法操作、阀关”等提示字，同时蜂鸣器会给出三声“嘟嘟”报警提示音。2STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气
3、表可选择的赊欠功能：在 CPU卡燃气表中设置赊欠气量值后，当剩余电量为零阀门关闭时，可以通过插用户卡使阀门打开进入赊欠状态继续用气，当继续使用气量超过赊欠气量值后，自动关闭阀门停止用户用气。应急购气功能：在特殊情况下，用户可以购买一次性使用的应急购气卡将一定的购气量追加到 CPU卡燃气表中，并且不会影响正常用户卡的使用。参数设置功能：用户可以根据自己的实际需要，通过用户卡购气时改变 CPU卡燃气表中的一些设定参数。防止气量囤积功能：当 CPU卡燃气表中的剩余气量大于充值下限时，拒绝用户将新的购气量输入到 CPU卡燃气表中，只有当表中的剩余气量小于充值下限时，才允许将新的购气量输入 CPU卡燃气
4、表中。数据返回功能：可以通过用户卡将 CPU卡燃气表中的计量数据和工作状态数据返回到管理部门，供结算统计处理使用。用气量统计功能：对于带时钟日历的 CPU卡表，在 CPU卡燃气表中可以自动计量冻结前 12个月的累计用气量，并可以通过用户卡带回到管理系统，管理系统可以根据累计用气量对用户进行气量收费计算。 *检查功能：可以在 CPU卡燃气表中插入检查卡，将燃气表中的数据全部读出，供检查分析使用，同时燃气表液晶轮显表号，3STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表用户号，厂商编号，累计购气量，累计用气量及燃气表具的相关参数。回收转移功能：此功能用于换表，可以在旧表中插入回收转移卡将
5、表中的相关数据读出，并通过回收数据转移卡将这些数据转移到新表中去。校时功能：对于带日历的 CPU卡表，可以利用用户卡对 CPU卡燃气表中的日历进行校准和修改。三、 整机性能指标及特点性能指标：1、整机静态电流： 8 微安2、电池使用寿命：58 个月(使用 4节南浮碱性电池)3、整机最大工作电流：3 毫安（漏气检测、阀门电机均不工作）10毫安（漏气检测工作，阀门电机不工作）40毫安（阀门电机正常转动）300毫安（阀门电机限位堵转）4、工作温度：20505、防爆等级：符合国家防爆 IBIIB级相关试验标准6、电子板基本计量单位：0.001 M 3 /脉冲，表常数：1000 脉冲/M 37、显示：基
6、表 8888.888 M3 ，指示分辨率 0.001 M3电控板 LCD显示 88888.88 M3 ，显示分辨率 0.01 M3采用银行系统发行的金融卡作为用户卡，完全符合中国人民银行金融卡规范(PBOC 规范) ，数据信息使用密钥管理体系，具有极高的4STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表安全性，并且容易和金融应用组成一卡通系统。在 CPU卡燃气表中安装使用嵌入式 ESAM安全模块，用来完成与用户卡的密钥安全认证以及数据交换和存储，保证 CPU卡燃气表中数据的安全性和微处理器程序无关，从而实现系统的安全性只与运行管理部门有关。表计采用美国高性能低功耗单片机作为 CPU卡
7、燃气表微处理器，并采用定时中断从休眠状态唤醒查询的方式工作，有效降低了 CPU卡燃气表的功耗。失压关阀功能：当电池电压低于设定值时，CPU 卡燃气表可以自动关闭阀门，防止当电池电压过低造成燃气表控制部分失效后仍能继 续用气情况的发生。当用户换上新的外置电池后，自动打开电磁阀门，恢复供气。防窃燃气功能（1）防取去电池企图窃气功能当用户取下外电池企图窃燃气时，电路应能立即接受外置电池断路信息，立即关闭阀门，停止供气。当用户将外置电池重新放回电池盒时，又能及时打开电磁阀门，恢复供气。（2）防外界攻击窃气功能：CPU卡燃气表在受到外界磁干扰（如用强磁铁企图窃气） 或对燃气表取信线路进行破坏时，电路应能
8、立即接受强磁干扰信息，在30秒内持续检测到有强磁干扰信息，则立即关闭阀门停止供气（若30秒内强磁信号撤去，则不关阀门） ，防止用户非法干扰燃气表运行企图达到不通过表计量而继续用气的目的。5STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表强磁干扰引起的关阀，即使外界攻击撤消(强磁信号撤去) ，阀门也不会自动打开，必须插入本表用户卡,阀门才可以再次自动打开，恢复正常供气。故障报警功能：CPU 卡燃气表可以在运行过程中对可能发生的阀门故障、ESAM 模块存取故障以及电池电压过低等进行记录并可以通过用户卡返回到管理系统进行相应的处理。采用电机阀控制，稳定可靠且功耗低。四、CPU 卡燃气表电气
9、结构图电控板是 IC卡智能燃气表的核心部件。它能实现自动计量、显示报警和自动控制等诸多功能，要求计量准确，控制可靠，性能稳定，性价比高，具体技术要求及特点如下：1、 相关模块说明：（1）电池供电及电源电路： 1）电源电压工作范围 4.56V2）供电方式：外置 7号碱性电池 4节 6V 供电。电池使用寿命为 5至 8个月，更换一次。6STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表当电池带载电压跌落到预设电平时(如 4.5V，此数值可由试验最后确定) ，微处理器发出电池欠压提示信号（显示和报警音） ，并将阀门关闭，停止供气。同时电控板其它电路部分的供电受微处理器控制，以达到最大限度降低
10、功耗的作用。3）防电池反接功能：电池装反或人为恶意高压攻击，电路自动保护，不会损坏电控板。4）防取电池窃气功能：当用户取下外电池时，电路应能立即接受外置电池断路信息，立即关闭阀门，停止供气。当用户将外置电池重新放回电池盒时，又能及时打开电磁阀门，恢复供气。（2）微处理器：微处理器是 CPU卡燃气表电控部分的核心，具有以下特点：宽供电电压范围：2.55.5 V极低的功率消耗：在工作模式下，5伏工作电压 4MHz工作频率时电流2mA3伏工作电压 32kHz工作频率时电流 20A在 standby模式下：电流为 0.5A指令速度 0.5 SROM空间：4K/8K 字节RAM空间：192 字节 FLA
11、SH在线编程，支持 SPI模式（3）嵌入式 ESAM安全模块： 完成 CPU卡燃气表中数据信息的存储工作以及和用户卡的双向安全认证工作，由管理部门进行密钥的发行，提供给表计生产厂家安装到 CPU卡燃气表中。7STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表（4）CPU 卡接口电路：用来完成与各种 CPU卡的数据交换，CPU 卡插入后，CPU 卡接口电路能够通过卡座给 CPU卡上电，并通过微处理器与 ESAM安全模块进行密钥认证。（5）计量取信电路：采用干簧管脉冲采样电路，平时不耗电。微处理器采用定时中断唤醒的方式对计量取信电路进行扫描查询，并对采样脉冲进行软件数字滤波以及抗干扰处理。
12、（5）阀门控制电路：采用全密封式特殊电机阀控制电路，并采用模糊控制对开关阀到位信号进行检测，能够可靠控制阀门到位准确。电机阀启动电流：40mA，动作时间 3s电机阀驱动电压：3 6 V开关阀控制方式：开阀采用限位电流+时间检测，电机转动阀芯缩回；关阀采用触发自复脱扣模式，电机阀芯脱扣伸出压紧阀口。2、 电控板相关功能说明：电控板具有如下主要功能（1）自动控制：CPU卡燃气表中有剩余气量时，电磁阀门自动打开供气；当燃气表中剩余气量用完时，自动关阀停止供气。电池电压不足或用户自行拆卸外置电池、强磁干扰恶意窃气、燃气泄漏时，自动报警并关阀停止供气。8STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 -
13、 煤气表（2）剩余气量不足提示报警：CPU卡燃气表中剩余燃气量不足 1 M3（此值由设置卡设置）时，显示提示“余量不足” “剩余量 X.xx M3”，且每当使用0.001 M3时， 报警声响 1秒，提示用户持卡重新购燃气。当剩余气量 0.1M3（此值由设置卡设置）时，关阀断气报警，插入用户卡可恢复开阀供气。当剩余气量全部用完时，表将连续报警声响 3秒，自动关阀停止供气，必须购气。（3）电池欠压提示报警当电池电压下降到预设值时，自动关阀停止供气，并发出报警声，液晶显示应该更换新电池符号 。（4）自动累加显示当表中剩余气量为 a M3时，若重新插入购有 b M3气量的 IC卡时，此时应显示剩余量为
14、 (a + b) M3（5）剩余燃气量查询显示将用户卡插入燃气表卡槽中，液晶显示当前剩余气量。（6）采用强磁铁窃气检测当强磁场干扰燃气表时，若磁场强到足以使发信器防窃气干簧管动作时， （30 秒内）燃气表将实现自动保护措施，关阀停止供气，声报警，液晶显示 “非法操作 EE-00 ”9STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表（7）非法卡插入操作报警提示当插入非法卡后，显示 “非法操作 EE-01 ”，同时声报警。（8）数据保持与恢复功能将输入有一定量的 IC卡燃气表电池取掉，切断供电，10 分钟后对其恢复供电，IC 卡燃气表应能正常工作，此时表内燃气剩余量、累计量与断电前数据一
15、致。（9）电控板计量精度基表累计的燃气量与电控板显示的累计燃气量之差应0.5（10）燃气表显示与报警采用宽温型长寿命工业液晶显示(工作温度-25 +85) ，配备低功耗背景光，显示内容如下：装电池上电显示自检，数字各位从 0、1-9 ，再同时显示辅助汉字等至以下屏幕样式：非 法 操 作累 计 量 8阀 关8阀 开 8888请 取 卡8现 购 量 .M余 量 不 足3剩 余 量a、显示数码为： 88888.88 M3，精确到 0.01 M3，10 个脉冲为 0.01 8888 .10STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表M3，(每用气 0.001 M3产生一个脉冲)b、液晶显
16、示：“现购量 X X X X X.XX ”“剩余量 X X X X X.XX ”“上月量 X X X X X.XX ”c、符号提示内容：“余量不足”电池电量很足电池电量中等电池电量很少应该换新电池“请取卡” “非法操作”“阀开” “阀关”d、报警声响约定： 燃气量达 1 M3不足报警：嘟嘟嘟，每减少 0.1M3一次“嘟嘟嘟”燃气量达 0.1M3关阀报警：嘟嘟嘟、嘟嘟嘟、嘟嘟嘟，LCD显示“ 阀关 剩余量 0.10M3 ”燃气量用完关阀报警：嘟 、嘟 、嘟 ，LCD显示 “ 阀关 剩余量 0.00M3 ”电池欠压报警：嘟嘟、嘟嘟，剩余气量每减少 0.1M3一次“嘟嘟、嘟嘟” ，显示 ,提示更换电
17、池。11STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表非法操作报警：1、 强磁干扰报警：嘟嘟、嘟嘟、嘟嘟 LCD显示 “ 阀关 非法操作 EE-00 ”2、 非法卡报警提示：嘟嘟、嘟嘟、嘟嘟LCD显示 “非法操作 请取卡 EE-01”（11）发信器说明发信器原理为开关量输入，其波形图如下：B0B1B2B1B2B1/B2B1-B2-B1G1G2G0B1为计量干簧管，其一个周期为 0.001 M3，即每 0.001 M3为一个计量单位，输出一个脉冲。市场反馈回来的信息得知，单干簧管取信时，存在临界点干扰问题，当磁铁恰好转动到干簧管似吸非吸的临界点停下来时，若遇外界机械振动，就会产生干簧
18、管反复吸合现象，从而产生误计数。解决办法是：1) 采用双干簧管计数，即只有双干簧管交替吸合一次时，才算有效计数一次。一个干簧管因机械振动而产生多次不规则吸合现象，均被软件判断为非有效计数，这样便可有效消除因机械振动而引起的计数误差。2) 采用软件滤波延时抗干扰的方法。12STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表干簧管布置如下：B0 防磁干簧管B1 计数干簧管 1COM 公共地B2 计数干簧管 2B0为防窃燃气干簧管，若 B0被外磁场吸合，则判为恶意窃气，立即自动关阀，LCD 显示 “ 非法操作 EE-00 ”，蜂鸣器报警。（12）漏气检测报警关阀燃气表后续管道发生天然气、煤气
19、、液化气泄漏（检测气体主要为以下成份：天然气：CH4 甲烷 70%，其它 H2 、CO、杂质；液化气：丁烷 60%，其它 H2 、CO 、杂质；人工制煤气主要为H2 、CO） ，当泄漏达到设定浓度（0.51%）( 国标防爆临界浓度为 5%)时，立即自动关阀，并连续音报警，显示 AL-H2 。待空气流通，浓度变稀停止报警，阀门不再自动打开。燃气泄漏报警自动关阀后，再开阀有 2种方法：用户在确认并排除漏气原因后，将所有家用燃气具阀门关闭的情况下，1) 插入本表的用户卡，可打开煤气表的阀门。2) 拿下一节电池，再放回，盖好电池盒盖，可打开13STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表
20、煤气表的阀门。（13）燃气表数据检读表芯电控板上设有生产厂使用的检读微动开关，接受生产厂测试。燃气表正常使用工作时并不显示。只有用户插卡或报警提示时才会显示，轮显数据每一屏保持时间为 3秒。当有非法操作或异常状态的报警时也有显示。（14）可设计防卡口攻击电路五、CPU 卡燃气表的卡片种类与操作 1、应用设置卡：CPU 卡燃气表在生产过程中主要使用应用设置卡，它可完成对 CPU卡燃气表所有运行参数 的设置，并实现对密钥值的修改。 2、用户卡：用户卡是在用户安装完 CPU卡燃气表后开始使用，根据需要它可以分为 4种类型：首次购气卡；普通购气卡；可以进行参数设置的购气卡；可以进行密钥修改的购气卡。首
21、次购气卡：用户在安装完 CPU卡燃气表及开户手续后，首次缴费购气的用户卡。首次购气卡除了将购气量输入燃气表外，同时将用户户号信息传递到燃气表，完成用户卡与燃气表的对应关系，同时可以将必要的运行参数写入到燃气表中。普通购气卡：用户正常使用的购气卡，在将购气量读入到 CPU14STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表卡燃气表之前，要首先判断用户卡中的户号和 CPU卡燃气表中的是否相同，相同则可将购气量读入，否则拒绝读入，同时将 CPU卡燃气表中的运行数据信息返传到用户卡中。可以进行参数设置的购气卡：根据需要，在完成正常购气过程的同时，还可以通过用户卡对 CPU卡燃气表的运行参数进
22、行修改，参数包括：时钟(对应于带时钟日历的燃气表) 、报警气量、透支限额、充值下限等。可以进行密钥修改的购气卡：根据需要，在完成正常购气的同时，还可以通过用户卡对 CPU卡燃气表中的运行密钥进行更新和替换，用新的密钥值继续进行安全认证。3、信息检查卡(也称检查卡 )：用于在生产状态和运行状态下对CPU卡燃气表中的所有计量数据和状态数据进行检查。卡插入 CPU卡燃气表中，燃气表液晶将所有数据轮显一遍。检查卡可以多次重复使用。 检查卡只查不抄，其作用相当于一只合法的按键。4、清除卡：管理部门用，用于对有数据的卡表进行清裸表。一卡对多表，一次写入反复使用，属于不记名卡）5、应用转移卡(也称换表卡 )
23、：应用转移卡用于在运行状态下将一块旧 CPU卡燃气表中的计量数据和状态数据全部读出并抄录，再将这些数据转移到一块新的 CPU卡燃气表中去，主要用于在换表过程中使用。 6、信息采集卡(也称抄表卡 )：信息采集卡用于在生产状态和运行状15STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表态下对 CPU卡燃气表中的所有计量数据和状态数据进行检测。将信息采集卡插入 CPU卡燃气表中，可以将所有数据全部抄读出，同时燃气表液晶也轮显相应内容。信息采集卡可以多次重复使用，后一次使用抄出的数据内容覆盖前一次内容。 7、应急购气卡：当用户由于各种原因不能及时持用户卡进行购气时，可以通过购买应急购气卡向
24、CPU卡燃气表中加入一定数量的应急购气量。应急购气卡不进行用户户号核对，可以在任何一块 CPU卡燃气表上使用，它是面向社会公开发行的。这种卡一般在银行发卡的全市联网的大系统才会使用。8、测试授权卡、生产测试卡：工厂用，授权卡插入、拔出后 5秒内插入生产测试卡，完成生产测试数据的覆盖写入。9、系统密匙的发行传递系列卡：管理部门授权给工厂和发卡网点用，用于生产制造时表内 ESAM模块的初始化和生产密匙传递以及发卡系统发卡授权和密匙传递（对售电 ESAM卡（PSAM） ） 。主要有以下卡类：系统总控卡发行 ESAM卡 修改主密匙卡实际应用中，由专用保密系统发行 ESAM卡，再制作（初始化）和发行以上
25、所述：设置卡、用户卡、检查卡、清除卡、换表卡、抄表卡、应急购气卡、测试授权卡、生产测试卡。16STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表六、CPU 卡燃气表的用户操作 1、 CPU卡燃气表上电 后，蜂鸣器“嘟” 响一声，显示自检。如果有异常、余量不足、欠量、低压等现象则蜂呜器报警。2、 用户购气插卡，CPU 卡燃气表将会自动读入购气量，听到“嘟”一声报警后，显示“ End 请取卡 ”才可以拔卡，液晶显示累加的剩余气量。若用户看到液晶内容显示“FULL”，之后剩余量仍为插卡前的剩余量，说明燃气表内的剩余气量较多，拒绝输入新的购气量，用户可过一段时间再插用户卡。此为燃气表设置的防囤积购气量功能。3、 报修：若液晶显示“ EE-EE ”后，用户插入用户卡片，拔出后依然显示“ EE-EE ” ，需要报修。4、 CPU卡燃气表具有 防插拔功能，即在插卡装气时显示提示请取卡前拔卡，当所购气量未输入到燃气表表中时，可再次插卡，输入上次气量，卡中数据不会损坏。5、 更换电池：电池低压时燃气表关阀，提示用户更换电池。6、 漏气报警：CPU 卡燃气表具有燃气泄漏报警自动关阀功能。用户必须确认并排除漏气原因后，方可再开阀，插入本表的用户卡，可打开煤气表的阀门。17STRONG IC 卡预付费水、电、气三表系统 - 煤气表
