單片機PIC16C7X在低功耗識別抄表系統中的應用

　　目前，許多行業(yè)的抄表系統，一般都停留在手工抄寫(xiě)然后人工匯總的水平上。隨著(zhù)經(jīng)濟改革的深入發(fā)展，人們要求信息及時(shí)、準確、全面；顯然，手工抄寫(xiě)不能滿(mǎn)足經(jīng)濟生活的要求。本文介紹了一種用單片機控制的抄表系統，可以記錄多項信息，具有低功耗、低成本、便于攜帶、易于操作等特點(diǎn)，非常適合電廠(chǎng)、化工廠(chǎng)等相關(guān)行業(yè)的抄表系統。

　　1 系統的總體結構及工作原理

　　該系統由信息鈕、識讀器、通信座、計算機組成。將一個(gè)包含特定標識信息的"信息鈕"安放在某個(gè)固定位置上，該位置可能是一臺設備或一個(gè)部位，設備上安裝有許多表顯示設備運行狀況。工作人員定時(shí)或不定時(shí)記錄表上數據，用攜帶的"識讀器"先讀信息鈕，提取信息鈕中的信息并儲存在"識讀器"內，信息鈕中的信息標識該設備，然后把該設備上各表的讀數逐項通過(guò)識讀器上鍵盤(pán)輸入并儲存在"識讀器"內；巡檢結束時(shí)，用"通信座"通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將存儲在"識讀器"內的信息傳送至計算機進(jìn)行處理，技術(shù)人員和管理人員就可準確掌握設備現場(chǎng)情況，并及時(shí)了解設備運行和管理中存在的問(wèn)題。由于信息鈕中的信息具有唯一、無(wú)法仿制、無(wú)法人工偽造的特點(diǎn)，一個(gè)信息鈕只能標識一臺設備或一個(gè)部位，并且識讀器內含有時(shí)鐘芯片，讀信息鈕的同時(shí)記錄當時(shí)時(shí)間。該系統用于管理和技術(shù)分析非常方便實(shí)用?？紤]到有些設備和部門(mén)的現場(chǎng)情況，通信座和計算機之間采用近程和遠程兩種傳輸方式，近程通過(guò)RS232串口傳輸，遠程利用MODEM通過(guò)電話(huà)線(xiàn)傳輸。在該系統中，低功耗、便攜式識讀器的設計和制造是核心和關(guān)鍵。

　　2 低功耗便攜式識讀器的設計

　　2.1 設計原則

　　本系統中識讀器的設計要求有兩點(diǎn)：(1)小巧玲瓏，方便攜帶；(2)電池供電，功耗一定要小，延長(cháng)電池使用壽命。根據這兩點(diǎn)要求，在設計中一是采用集成度高的貼片封裝芯片，二是芯片的外圍元件盡可能要少。通過(guò)對幾種型號CPU的篩選，我們在本系統中采用美國Microchip公司的PIC16C74作CPU，該芯片特別符合上述要求。PIC16C74有44個(gè)管腳，I/O管腳多，內部集成了很多功能，可以節省很多外圍元件，減小系統功耗。

　　2.2 PIC16C74單片機

　　PIC16C74單片機是一種低功耗、高性能的芯片。由于采用全靜態(tài)CMOS設計，電源操作能耗很低，且非?？煽?。片內有上電復位電路、監視定時(shí)器電路和RC振蕩器電路選擇等，不需要增加價(jià)格較高的片外支持的功能元件，從而降低了系統成本和系統功耗。PIC的小晶片尺寸加上Microchip公司先進(jìn)的CMOS技術(shù)使芯片具有很寬的性能范圍以及低工作電流(典型值：在3V，32kHz時(shí)工作電流為15μA)和極小的待命狀態(tài)電流(休眠方式3V工作情況下小于1μA)。低電流特性應用于長(cháng)壽命電池供電的系統是非常理想的。

　　該芯片內部帶有8個(gè)高速A/D轉換通道，在需要進(jìn)行A/D轉換時(shí)，可以省去附加的A/D轉換外圍部件。

　　采用先進(jìn)的類(lèi)-RISC結構、Harvard雙總線(xiàn)結構、兩級指令流水線(xiàn)結構，具有8級堆棧，多個(gè)內部和外部中斷位，指令只有35條，易于編程，軟件代碼少，執行速度快。

　　該芯片還具有休眠(SLEEP)功能，執行一條SLEEP指令，芯片就進(jìn)入休眠方式?？梢酝ㄟ^(guò)內部或外部中斷方式喚醒芯片，使芯片重新進(jìn)入正常工作狀態(tài)2。

　　3 讀信息鈕

　　在本系統的設計中，為了使產(chǎn)品應用范圍更寬、使用面更廣，考慮到各個(gè)行業(yè)有不同的要求，不同地點(diǎn)的應用環(huán)境又有很大差異，而信息鈕又是安裝在應用現場(chǎng)，所以設計的識讀器可以讀取兩種型號信息鈕，根據用戶(hù)的實(shí)際情況推薦可行的方案。這兩種型號信息鈕是：(1)接觸型iButton1990A；(2)感應型TK5550。這兩種型號信息鈕在實(shí)際安裝時(shí)都加上特制的護套，增強信息鈕耐腐蝕性、抗沖擊性，護套有不同的形狀，使安裝施工更加方便。

　　3.1 讀接觸型iButton1990A

　　iButton1990A接觸型存儲器是美國Dallas公司生產(chǎn)的自動(dòng)識別芯片。讀寫(xiě)簡(jiǎn)單，只用一條數據線(xiàn)和一條地線(xiàn)，采用一線(xiàn)協(xié)議完成命令和數據的傳送。識別系統依靠存在脈沖檢測iButton1990A的存在，操作時(shí)需要的能量從數據線(xiàn)上"竊取"或從嵌入的鋰電池獲得。

　　接觸型iButton1990A內部包括64位ID，其中前8位是家族碼，接下來(lái)是48位序列碼，這48位序列碼是唯一的，每個(gè)信息鈕各不相同，最后8位是校驗和，校驗和是對前58位作CRC校驗。操作時(shí)采用一線(xiàn)協(xié)議完成命令和數據的傳送。信息鈕上64位序列碼是由信息鈕生產(chǎn)廠(chǎng)家生產(chǎn)時(shí)用激光做的，用戶(hù)只能讀，不能寫(xiě)，也即信息鈕上信息不能人為仿造和更改，保證信息鈕信息的唯一性和可識別性。

　　當iButton1990A被喚醒，接受到33H命令后讀iButton1990A程序如下

　　3.2 讀感應型TK5550

　　TK5550是由美國TEMIC公司開(kāi)發(fā)的非接觸式讀/寫(xiě)識別IC，其無(wú)線(xiàn)載頻范圍RF為100～150kHz。該芯片上有264位EEPROM，分成8個(gè)區，每區33位，可以從基站按區讀和寫(xiě)。每個(gè)區的第0位為L(cháng)OCK位，該位被置1時(shí)這個(gè)區的數據不能再修改，且LOCK位無(wú)法恢復。LOCK位不隨其它位一起發(fā)射到基站，用戶(hù)實(shí)際使用的數據是每區的后32位，共256位。0區是為設置IC的操作模式而保留的。7區是口令區，在口令加密功能啟動(dòng)時(shí)這里存放IC的讀寫(xiě)控制密碼，當加密功能沒(méi)有使用時(shí)該區也可以存放用戶(hù)數據。其它6個(gè)區用戶(hù)可以存放數據。EEPROM結構如圖1。

　　感應型TK5550可以從基站按區讀和寫(xiě)。TK5550可以設置成多種工作模式，所以TK5550操作非常方便，使用時(shí)可任選一種。另外，因TK5550可以寫(xiě)，在設計時(shí)可以根據用戶(hù)要求把用戶(hù)信息編為特殊的碼，讓用戶(hù)看到信息就能夠確認信息所表示的含義。

　　下面給出在設置為曼切斯特碼時(shí)，讀TK5550子程序：

　　在磁場(chǎng)干擾比較大的環(huán)境下，用接觸型信息鈕比較合適，如電廠(chǎng)；因感應型信息鈕可以完全封裝起來(lái)，在潮濕、腐蝕性比較大的環(huán)境下，用感應型信息鈕比較合適，如水廠(chǎng)、化工廠(chǎng)等。

　　本系統中，由于采用了先進(jìn)的冗余技術(shù)，實(shí)際使用中也經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，具有較高的可靠性；識讀器配有液晶顯示，通信座有指示燈顯示通信過(guò)程，管理系統使用漢字處理操作系統，界面清晰明了，使用非常方便、簡(jiǎn)單。