基于IC卡的新型供暖計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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U1為16位△-∑A／D轉(zhuǎn)換器AD7705，通過(guò)SPI接口與CPU連接，該器件為2路差動(dòng)輸入，內(nèi)帶1～128可程控放大器，共模抑制比優(yōu)于130dB，串行接口，單電源工作，按圖中的接法，使用2．5 V參考電源、64倍放大、20 Hz采樣率時(shí)，等效輸入端噪聲有效值為0．63μV，分辨率為0．596μV。對(duì)于溫度變化0．1℃引起的29．5μV的電壓變化量，經(jīng)過(guò)64倍放大后為1．888 mV，準(zhǔn)確測(cè)量是不成問(wèn)題的。
U2為2．5 V電壓基準(zhǔn)源BEF5025，該器件在單5 V供電的條件下，可以產(chǎn)生0．05％精度、噪聲7．5μVp-p的精確電壓基準(zhǔn)，輸出電流可達(dá)10 mA。這里采用REF5025不僅為A／D轉(zhuǎn)換器提供電壓基準(zhǔn)，而且還為測(cè)溫橋路提供穩(wěn)定電源。理論上講，由于橋路為差動(dòng)輸出，A／D轉(zhuǎn)換器為差動(dòng)輸入，電源和地線上的電壓擾動(dòng)都可作為共模信號(hào)被抑制掉，不會(huì)影響輸出精度，但由于組成橋路的電阻不能完全匹配，因此共模
信號(hào)也可能對(duì)輸出造成干擾，采用穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)源為其供電，可以解決此問(wèn)題。
2．2 系統(tǒng)控制電路
系統(tǒng)控制電路如圖4所示，該電路是整個(gè)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的核心，該電路在CPU的控制下完成溫度、流量、預(yù)付費(fèi)、實(shí)時(shí)鐘以及鍵盤(pán)按鍵信息的讀入，同時(shí)將需要顯示輸出的信息以串行的方式送到LCD顯示，需要步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行的命令通過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)送到步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/172995.htm
圖4中，U1為8位AVR微處理器ATmega8，其主要特點(diǎn)為：8 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程F1ash；512 B的EEPROM，擦寫(xiě)壽命：100 000次；1 KB的片內(nèi)SRAM；2個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器8位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，一個(gè)具有比較功能，另一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；2個(gè)片外中斷源；23個(gè)可編程的I／O線：1個(gè)SPI接口。PB1、PB2、MO、MI、SCK用于初始化溫度測(cè)量電路和讀入測(cè)量的2通道溫度數(shù)據(jù)；PC0～PC3用于掃描K1～K4 4個(gè)按鍵；PC4、PC5用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的2個(gè)繞組；PC6、PD0、PD1用于連接LCD顯示器；INT0、INT1用于以中斷方式測(cè)量2通道流量數(shù)據(jù)；PB6、PB7用于讀入、設(shè)置實(shí)時(shí)鐘；PB0、PD5-PD7用于IC卡的數(shù)據(jù)讀入，PD4用于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。
U4、Q1、Q2組成步進(jìn)電機(jī)隔離驅(qū)動(dòng)電路，該電路在U1的控制下驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正(反)向旋轉(zhuǎn)設(shè)定的角度。VD1、VD2用于吸收步進(jìn)電機(jī)繞組的反向沖擊電壓，避免破壞其他電路。
U3為低功耗CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷芯片PCF8563，該器件內(nèi)置32．768 kHz振蕩器，產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)控制芯片生成實(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)，通過(guò)I2C總線供U1讀取，并作為系統(tǒng)時(shí)鐘控制其他電路工作。U2是IC卡集成電路X76F100，其主要特點(diǎn)為：具有讀寫(xiě)相互獨(dú)立的可編程64位密碼保護(hù)；內(nèi)含112 B快擦寫(xiě)存儲(chǔ)器陣列；內(nèi)置重試計(jì)數(shù)器，非法用戶進(jìn)行8次試讀(寫(xiě))后存儲(chǔ)器陣列自動(dòng)清零；I2C總線接口，連線簡(jiǎn)單；功耗極低，待機(jī)電流1 μA，工作電流為3 mA；存儲(chǔ)器陣列可擦寫(xiě)1O萬(wàn)次；數(shù)據(jù)可保存100年。這里X76F100用于存放用戶序列號(hào)、充值次數(shù)、充值金額、本年度供熱單價(jià)等信息。用戶端計(jì)費(fèi)系統(tǒng)預(yù)置64位信息讀取密碼，用于信息的讀??；信息寫(xiě)入密碼保存于供暖企業(yè)，用于給用戶充值。由于讀出和寫(xiě)入信息的密碼分離，寫(xiě)入密碼(64位)只保存在企業(yè)手里，因此非法寫(xiě)入信息成功的幾率極低。
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流量傳感器采用DFT-1000B，其量程為2.5～25L／min，測(cè)量精度±5％FS，它用光隔離輸出脈沖數(shù)代表流過(guò)傳感器的流量，因此與控制系統(tǒng)接口連接簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)對(duì)接收到的流量脈沖計(jì)數(shù)，就可測(cè)得流過(guò)傳感器的流量值。流量脈沖信號(hào)連接于U1的外中斷觸發(fā)輸入引腳，每個(gè)脈沖到來(lái)后觸發(fā)中斷服務(wù)程序計(jì)數(shù)，從而記錄流量值。
2．3 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)
系統(tǒng)共需要3組電源保障系統(tǒng)正常工作，即用于溫度測(cè)量電路的模擬電源VDD，用于控制系統(tǒng)的數(shù)字電源VCC，用于步進(jìn)電機(jī)工作的功率電源+5 V，其中模擬電源和數(shù)字電源電源共地且與功率電源地線隔離?？紤]到系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作，電源部分采用以交流供電為主，充電電池供電為輔的電源解決方案。系統(tǒng)電源電路原理圖如圖5所示。
低功耗的控制系統(tǒng)由交流供電和電池供電組成不間斷電源，保證控制系統(tǒng)不掉電連續(xù)工作；功耗較大的步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路只由交流供電，在交流電斷開(kāi)時(shí)停止步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，減小電源消耗。VD1、VD2、VD3、R1組成后備電池充電電路，當(dāng)交流電接通時(shí)，自動(dòng)給充電電池充電。
評(píng)論