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浅谈IC卡预付费燃气表的可靠性设计与预计

  • 简介:(毕业论文 字数: 7082页数:10)本文概要:本文首先从IC卡预付费燃气表的各功能模块,分析在特定的使用条件下,设计过程中需要注意的问题。然后从产品的限额设计、热设计、预度设计、电磁兼容性设计、结构可靠性设计几方面来详细的阐述了产品的可靠性设...
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(毕业论文 字数: 7082页数:10)本文概要:本文首先从IC卡预付费燃气表的各功能模块,分析在特定的使用条件下,设计过程中需要注意的问题。然后从产品的限额设计、热设计、预度设计、电磁兼容性设计、结构可靠性设计几方面来详细的阐述了产品的可靠性设计,并做出了可靠性预计。

名词解释:IC卡预付费燃气表,可靠性,限额设计,预度设计,失效率

目录

一.概述
二.IC卡燃气表整机可靠性简述
三.可靠性指标
四. 可靠性设计
五. IC卡燃气表可靠性指标分配
六. 可靠性预计
七、小结

一.概述
IC卡预付费燃气表(以下简称IC卡燃气表)是从20世纪90年代初开始发展,在21世纪飞速发展,是高科技的适合中国国情的产物。它是以IC卡为媒介,将从燃气公司各售气点购过气的IC卡,插入用户家中安装好的燃气表控制器中,如果符合使用条件时,阀门打开,用户可以正常用气,并开始计量用户所使用的气量。当IC卡燃气表计量到用户的可使用量达到设定的极限阈值时,自动关闭阀门,切断用户对气源的使用权,此时用户需要持卡到燃气公司各售气点再次缴费充值。
IC卡燃气表关系到千家万户的日常生活等切身问题,所以其安全及可靠性是一个至关重要的问题。由原材料制成元器件,组件再组装成日益复杂的系统,在电子产品中从材料到工作系统的各阶段都有可靠性的问题,所以在产品的开发过程中,从设计方案的确定到批量生产就得把可靠性列为主要质量指标。
二. IC卡燃气表整机可靠性简述
IC卡燃气表由膜式表、控制器和阀门三部分组成,因为模式表在国内使用已有上百年的历史,生产工艺非常成熟和完善,所以除了要求基表厂家提供检验合格的基表外,在安装控制器和阀门之前,需要使用专用仪器检测,符合GB/T 6968—1997膜式煤气表行业标准,所以在这里我们主要从控制部分和执行部分(阀门),来分析整机的可靠性。
从IC卡燃气表整机系统性能上,构成整机的各部分都是不可少的,任一部分发生故障都会引起整机的失效。所以,各个单元可视为独立且又串联的可靠性结构,从而构成整机的可靠性结构模型。
1. 外壳防护:
因为IC卡膜式表工作在高温高湿环境下,防潮防霉的处理非常重要,所以电子控制部分外壳尽量采用全密封结构,包括对液晶使用防护透明窗。对于必须对外的接口,比如卡座,采取带卡门或使用特定防潮卡座等,最大限度做到控制部分与外界隔离。
2. 电路防护:
电路板在调试完成后,喷涂具有防潮、防霉等防护功能的胶体,做到即使电路板放置在极恶劣的条件下也能正常工作,不受腐蚀。因为本产品主要采用电池供电,在用户使用当中存在电池长时间放置而漏液,从而导致因部分电路被腐蚀而整个控制部分发生无法工作的现象,所以除了在使用说明上建议用户使用质量较好不容易漏液的碱性电池外,还要从防护入手,比如采用质量好的电池簧片,电池仓单独隔离、密闭等,做到即使电池漏液,也不会导致电路失效。
3. 阀门及阀门驱动电路:
在系统需要时控制阀门做开阀或关阀动作。是整个系统的执行部分。阀门的检验从外观(无锈蚀、砂眼、无起皮、剥落、无缝隙、线断等现象)、螺纹(是否标准)、气密性、密封性等各方面来检验,使用专用夹具将阀门在各种条件下,包括正常使用情况、高低电压下、断电关阀、高压(气压)开关阀等条件下,保证阀门的可靠开关及气密性。因为阀门是整个系统的执行机构,必须采用性能优良、开关可靠(试验条件下可靠开关10万次以上)的阀门,并且还应充分考虑到阀门所处的环境:高温高湿,并且流经的气质(特别是煤质气)可能含硫量、杂质等指标比较高,这就需要对传统的阀门工艺进行改进,做到在恶劣环境、恶劣气质条件下可靠运行。
4. 单片机:
微处理器。存储程序,响应并处理各种信号,是整个控制部分的核心。决定了整个系统功能的实现和执行的有效性。单片机应具有功能强大、功耗低、性能稳定、响应速度快等特点。
我公司选用美国TI公司绿色环保单片机430系列,它具有低工作电压1.8-3.6V、超低功耗(待机模式1.6uA)、16位RISC指令结构、125nS指令周期、12位A/D转换、片内比较器、液晶驱动等,并且可以在线编程等优点。而在单片机的供货、包装方面,除了对经销商供货资格的认定,保证货源的正规可靠,还从防止管脚氧化的角度,要求提供特定包装规格的封装形式,并在通过质量检验合格后,才能使用,这样从源头保证元件的稳定可靠。
5. 电源保护及抗干扰电路:
当输入电压高于某个设定值时保护单片机及控制器的其它电路;从外界加到整个电路上的供电经过相应的稳压电路分别提供给阀门驱动电路和单片机及其外围模块。
抗干扰电路避免来自电网(或静电电压的高峰值)的瞬态干扰脉冲对电路造成的危害。
6. 稳压电路
稳压电路为单片机及控制器的个别单元电路提供稳定工作电压。
7. IC卡及卡座:
计算机与IC卡燃气表之间数据交换的一种工具。通过IC卡可以实现开户、充值、气量累加、相应用户数据下载等功能,是联系燃气公司和用户的纽带。目前国内采用的IC卡主要有接触式的存储卡、逻辑加密卡、CPU卡和射频卡。
逻辑加密卡是在存储卡的基础上增加加密逻辑,可以按不同区域,不同级别加密;具有防止对卡中信息随意改写功能的存储IC卡,它与单片机(MCU)之间可以双向认证,可以分区加密,并且读写可以设置不同密码,并且价格相对便宜,所以目前国内使用最多的是逻辑加密卡。
CPU卡是内部带有微处理器和内存的IC卡,不仅能存信息还能对数据进行复杂的运算;且可以嵌入各种操作系统(COS),COS是一个非常完整而严密的系统,在安全算法(密钥只能在卡内部使用,任何人都无法读取)、数据传输的保密性(数据可采用密文文件方式进行传输,防止数据被非法窃取)、数据传输的完整性(数据可采用线路认证的方式进行传输,防止数据被非法篡改)具有很大优势,在未来几年应该是市场的主流。


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