基于PIC16F73与CPU卡的预付费燃气表控制系统设计研究

摘要

随着IC卡技术的不断发展以及国内相关行业服务意识的提高，在与居民用户日常生活相关的计量仪表中，使用IC卡技术已经得到了迅速的推广和广泛的应用。目前在电表、水表、燃气表以及暖气热力表中都已经开始采用IC卡进行收费。IC卡燃气表是在燃气计量仪表中加入IC卡及阀门开关控制等功能模块，用以完成对燃气量抄收和燃气量结算的新型燃气表。
　　本课题研究的目的是利用Microchip公司生产的PIC16F73芯片和北京握奇公司生产的CPU卡与ESAM嵌入式安全模块来开发设计预付费智能燃气表控制系统。
　　本文的研究内容主要包括以下几个方面:
　　(1)通过查阅大量的参考文献，分析了IC卡及IC卡智能预付费燃气表的发展现状，并展望了IC卡及IC卡智能预付费燃气表的发展趋势。
　　(2)介绍了IC卡的分类，对比分析了几种IC卡优缺点;进而对CPU卡的硬件结构和片上操作系统COS进行了描述，详细分析了CPU卡文件管理体系及TimeCOS安全体系。
　　(3)基于PIC16F73微处理器的重要特性，提出了所设计控制系统的整体硬件方案，进而设计了系统的硬件单元电路，主要包括:CPU卡接口电路，电源管理及电池电压检测电路，电机阀控制电路， ESAM模块接口电路，LCD显示电路等。
　　(4)设计实现了CPU卡的安全报文传送，并对安全报文传送中涉及的MAC计算、数据加密解密算法进行了详细说明。进行了预付费系统安全性设计;开发实现了CPU卡预付费燃气表控制器所使用的各种功能卡片的文件结构及密钥系统，包括:用户卡、应急卡、ESAM安全模块、转移卡、采集卡。
　　(5)设计开发并实现了CPU卡预付费燃气表软件系统，主要包括系统主程序、系统中断服务程序、CPU卡底层驱动程序，功能卡片操作程序、阀门控制程序等。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 IC卡应用现状及发展趋势

1．3 IC卡智能燃气表现状及发展趋势

1．4 本文主要研究内容

第2章 CPU卡技术及COS操作系统

2．1 IC卡简介

2．2 CPU卡和ESAM安全模块硬件结构

2．3 CPU卡的操作系统COS

2．4 CPU卡文件管理体系分析研究

2．4．1 CPU卡文件组织结构

2．4．2 工作基本文件

2．4．3 内部基本文件

2．4．4 文件访问方式

2．5 CPU卡安全体系研究分析

2．6 CPU卡的命令与应答

2．7 本章小结

第3章 CPU卡预付费燃气表控制器硬件设计与实现

3．1 微控制器芯片PIC16F73

3．2 系统硬件电路总体方案设计

3．3 系统各部分单元电路设计与实现

3．3．1 PIC16F73微控制器电路设计与实现

3．3．2 CPU卡及ESAM模块接口电路设计与实现

3．3．3 电源及电源管理电路设计与实现

3．3．4 重要单元控制电路设计与实现

3．4 本章小结

第4章 系统预付费方案设计与实现

4．1 系统报文安全传送设计与实现

4．1．1 报文安全传送的实现

4．1．2 MAC的计算

4．1．3 数据加密和解密

4．2 系统安全性设计与实现

4．3 功能卡片工作文件及密钥体系设计与实现

4．3．1 用户卡文件及密钥体系设计与实现

4．3．2 ESAM文件及密钥体系设计与实现

4．3．3 其他功能卡片文件及密钥体系设计与实现

4．4 本章小结

第5章 CPU卡预付费燃气表控制器软件设计与实现

5．1 软件开发平台分析

5．2 CPU卡预付费燃气表软件总体设计与实现

5．3 CPU卡底层驱动软件设计与实现

5．3．1 CPU卡的上电复位和下电

5．3．2 CPU卡接收和发送字节

5．4 功能卡片操作软件设计与实现

5．5 重要子程序设计与实现

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢