單片機(jī)PIC16C7X在低功耗識別抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　目前，許多行業(yè)的抄表系統(tǒng)，一般都停留在手工抄寫然后人工匯總的水平上。隨著經(jīng)濟(jì)改革的深入發(fā)展，人們要求信息及時、準(zhǔn)確、全面；顯然，手工抄寫不能滿足經(jīng)濟(jì)生活的要求。本文介紹了一種用單片機(jī)控制的抄表系統(tǒng)，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，非常適合電廠、化工廠等相關(guān)行業(yè)的抄表系統(tǒng)。

　　1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及工作原理

　　該系統(tǒng)由信息鈕、識讀器、通信座、計算機(jī)組成。將一個包含特定標(biāo)識信息的"信息鈕"安放在某個固定位置上，該位置可能是一臺設(shè)備或一個部位，設(shè)備上安裝有許多表顯示設(shè)備運行狀況。工作人員定時或不定時記錄表上數(shù)據(jù)，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(nèi)，信息鈕中的信息標(biāo)識該設(shè)備，然后把該設(shè)備上各表的讀數(shù)逐項通過識讀器上鍵盤輸入并儲存在"識讀器"內(nèi)；巡檢結(jié)束時，用"通信座"通過網(wǎng)絡(luò)將存儲在"識讀器"內(nèi)的信息傳送至計算機(jī)進(jìn)行處理，技術(shù)人員和管理人員就可準(zhǔn)確掌握設(shè)備現(xiàn)場情況，并及時了解設(shè)備運行和管理中存在的問題。由于信息鈕中的信息具有唯一、無法仿制、無法人工偽造的特點，一個信息鈕只能標(biāo)識一臺設(shè)備或一個部位，并且識讀器內(nèi)含有時鐘芯片，讀信息鈕的同時記錄當(dāng)時時間。該系統(tǒng)用于管理和技術(shù)分析非常方便實用?？紤]到有些設(shè)備和部門的現(xiàn)場情況，通信座和計算機(jī)之間采用近程和遠(yuǎn)程兩種傳輸方式，近程通過RS232串口傳輸，遠(yuǎn)程利用MODEM通過電話線傳輸。在該系統(tǒng)中，低功耗、便攜式識讀器的設(shè)計和制造是核心和關(guān)鍵。

　　2 低功耗便攜式識讀器的設(shè)計

　　2.1 設(shè)計原則

　　本系統(tǒng)中識讀器的設(shè)計要求有兩點：(1)小巧玲瓏，方便攜帶；(2)電池供電，功耗一定要小，延長電池使用壽命。根據(jù)這兩點要求，在設(shè)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。通過對幾種型號CPU的篩選，我們在本系統(tǒng)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個管腳，I/O管腳多，內(nèi)部集成了很多功能，可以節(jié)省很多外圍元件，減小系統(tǒng)功耗。

　　2.2 PIC16C74單片機(jī)

　　PIC16C74單片機(jī)是一種低功耗、高性能的芯片。由于采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計，電源操作能耗很低，且非?？煽?。片內(nèi)有上電復(fù)位電路、監(jiān)視定時器電路和RC振蕩器電路選擇等，不需要增加價格較高的片外支持的功能元件，從而降低了系統(tǒng)成本和系統(tǒng)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(yīng)用于長壽命電池供電的系統(tǒng)是非常理想的。

　　該芯片內(nèi)部帶有8個高速A/D轉(zhuǎn)換通道，在需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，可以省去附加的A/D轉(zhuǎn)換外圍部件。

　　采用先進(jìn)的類-RISC結(jié)構(gòu)、Harvard雙總線結(jié)構(gòu)、兩級指令流水線結(jié)構(gòu)，具有8級堆棧，多個內(nèi)部和外部中斷位，指令只有35條，易于編程，軟件代碼少，執(zhí)行速度快。

　　該芯片還具有休眠(SLEEP)功能，執(zhí)行一條SLEEP指令，芯片就進(jìn)入休眠方式?？梢酝ㄟ^內(nèi)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(tǒng)的設(shè)計中，為了使產(chǎn)品應(yīng)用范圍更寬、使用面更廣，考慮到各個行業(yè)有不同的要求，不同地點的應(yīng)用環(huán)境又有很大差異，而信息鈕又是安裝在應(yīng)用現(xiàn)場，所以設(shè)計的識讀器可以讀取兩種型號信息鈕，根據(jù)用戶的實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(yīng)型TK5550。這兩種型號信息鈕在實際安裝時都加上特制的護(hù)套，增強(qiáng)信息鈕耐腐蝕性、抗沖擊性，護(hù)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)的自動識別芯片。讀寫簡單，只用一條數(shù)據(jù)線和一條地線，采用一線協(xié)議完成命令和數(shù)據(jù)的傳送。識別系統(tǒng)依靠存在脈沖檢測iButton1990A的存在，操作時需要的能量從數(shù)據(jù)線上"竊取"或從嵌入的鋰電池獲得。

　　接觸型iButton1990A內(nèi)部包括64位ID，其中前8位是家族碼，接下來是48位序列碼，這48位序列碼是唯一的，每個信息鈕各不相同，最后8位是校驗和，校驗和是對前58位作CRC校驗。操作時采用一線協(xié)議完成命令和數(shù)據(jù)的傳送。信息鈕上64位序列碼是由信息鈕生產(chǎn)廠家生產(chǎn)時用激光做的，用戶只能讀，不能寫，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(dāng)iButton1990A被喚醒，接受到33H命令后讀iButton1990A程序如下

　　3.2 讀感應(yīng)型TK5550

　　TK5550是由美國TEMIC公司開發(fā)的非接觸式讀/寫識別IC，其無線載頻范圍RF為100～150kHz。該芯片上有264位EEPROM，分成8個區(qū)，每區(qū)33位，可以從基站按區(qū)讀和寫。每個區(qū)的第0位為LOCK位，該位被置1時這個區(qū)的數(shù)據(jù)不能再修改，且LOCK位無法恢復(fù)。LOCK位不隨其它位一起發(fā)射到基站，用戶實際使用的數(shù)據(jù)是每區(qū)的后32位，共256位。0區(qū)是為設(shè)置IC的操作模式而保留的。7區(qū)是口令區(qū)，在口令加密功能啟動時這里存放IC的讀寫控制密碼，當(dāng)加密功能沒有使用時該區(qū)也可以存放用戶數(shù)據(jù)。其它6個區(qū)用戶可以存放數(shù)據(jù)。EEPROM結(jié)構(gòu)如圖1。

　　感應(yīng)型TK5550可以從基站按區(qū)讀和寫。TK5550可以設(shè)置成多種工作模式，所以TK5550操作非常方便，使用時可任選一種。另外，因TK5550可以寫，在設(shè)計時可以根據(jù)用戶要求把用戶信息編為特殊的碼，讓用戶看到信息就能夠確認(rèn)信息所表示的含義。

　　下面給出在設(shè)置為曼切斯特碼時，讀TK5550子程序：

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

　　本系統(tǒng)中，由于采用了先進(jìn)的冗余技術(shù)，實際使用中也經(jīng)過多次改進(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程，管理系統(tǒng)使用漢字處理操作系統(tǒng)，界面清晰明了，使用非常方便、簡單。