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

出處：C000l 發(fā)布于：2007-05-25 11:33:05

摘要：介紹一種低功耗的自動(dòng)識(shí)別抄表系統(tǒng)。詳細(xì)介紹其結(jié)構(gòu)和工作原理、設(shè)計(jì)思想，并給出兩種信息鈕的操作方法。
關(guān)鍵詞：低功耗識(shí)讀器通信座接觸型iButton1990A 感應(yīng)型TK5550

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(shí)、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(xiàng)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、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(shí)讀器、通信座、計(jì)算機(jī)組成。將一個(gè)包含特定標(biāo)識(shí)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(tái)設(shè)備或一個(gè)部位，設(shè)備上安裝有許多表顯示設(shè)備運(yùn)行狀況。工作人員定時(shí)或不定時(shí)記錄表上數(shù)據(jù)，用攜帶的"識(shí)讀器"先讀信息鈕，提取信息鈕中的信息并儲(chǔ)存在"識(shí)讀器"內(nèi)，信息鈕中的信息標(biāo)識(shí)該設(shè)備，然后把該設(shè)備上各表的讀數(shù)逐項(xiàng)通過(guò)識(shí)讀器上鍵盤輸入并儲(chǔ)存在"識(shí)讀器"內(nèi)；巡檢結(jié)束時(shí)，用"通信座"通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將存儲(chǔ)在"識(shí)讀器"內(nèi)的信息傳送至計(jì)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(chǎng)情況，并及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行和管理中存在的問(wèn)題。由于信息鈕中的信息具有、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(biāo)識(shí)一臺(tái)設(shè)備或一個(gè)部位，并且識(shí)讀器內(nèi)含有時(shí)鐘芯片，讀信息鈕的同時(shí)記錄當(dāng)時(shí)時(shí)間。該系統(tǒng)用于管理和技術(shù)分析非常方便實(shí)用?？紤]到有些設(shè)備和部門的現(xiàn)場(chǎng)情況，通信座和計(jì)算機(jī)之間采用近程和遠(yuǎn)程兩種傳輸方式，近程通過(guò)RS232串口傳輸，遠(yuǎn)程利用MODEM通過(guò)電話線傳輸。在該系統(tǒng)中，低功耗、便攜式識(shí)讀器的設(shè)計(jì)和制造是和關(guān)鍵。

2 低功耗便攜式識(shí)讀器的設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)原則
本系統(tǒng)中識(shí)讀器的設(shè)計(jì)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(zhǎng)電池使用壽命。根據(jù)這兩點(diǎn)要求，在設(shè)計(jì)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(duì)幾種型號(hào)CPU的篩選，我們?cè)诒鞠到y(tǒng)中采用美國(guó)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(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(jì)，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(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(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(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(yīng)用于長(zhǎng)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(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換通道，在需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，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(jí)指令流水線結(jié)構(gòu)，具有8級(jí)堆棧，多個(gè)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^(guò)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(jì)中，為了使產(chǎn)品應(yīng)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(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(chǎng)，所以設(shè)計(jì)的識(shí)讀器可以讀取兩種型號(hào)信息鈕，根據(jù)用戶的實(shí)際情況推薦可行的方案。這兩種型號(hào)信息鈕是：(1)接觸型iButton1990A；(2)感應(yīng)型TK5550。這兩種型號(hào)信息鈕在實(shí)際安裝時(shí)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(chǔ)器是美國(guó)Dallas公司生產(chǎn)的自動(dòng)識(shí)別芯片。讀寫簡(jiǎn)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(shí)別系統(tǒng)依靠存在脈沖檢測(cè)iButton1990A的存在，操作時(shí)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(lái)是48位序列碼，這48位序列碼是的，每個(gè)信息鈕各不相同，8位是校驗(yàn)和，校驗(yàn)和是對(duì)前58位作CRC校驗(yàn)。操作時(shí)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(shí)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，保證信息鈕信息的性和可識(shí)別性。
當(dāng)iButton1990A被喚醒，接受到33H命令后讀iButton1990A程序如下
readbyte
movlw 08h
movwf r2
bit_loop
rrf r11
bcf porta1
bsf rp0
bcf trisa1
bcf rp0
bcf porta1 為iButton1990A送低電平
nop
nop
nop
bsf rp0
bsf trisa1 準(zhǔn)備讀數(shù)據(jù)位
bcf rp0
nop
nop
nop
nop
nop
nop
bcf c
btfsc porta1 取數(shù)據(jù)位放入進(jìn)位位
bsf c
nop
movlw d'15' 延時(shí)等待下讀
movwf r3
decfsz r31
decfsz r21
nop
goto bit_loop
rrf r11
nop
movlw d'15' 延時(shí)等待下讀
movwf r3
decfsz r31
goto $－1
return
3.2 讀感應(yīng)型TK5550
TK5550是由美國(guó)TEMIC公司開(kāi)發(fā)的非接觸式讀/寫識(shí)別IC，其無(wú)線載頻范圍RF為100～150kHz。該芯片上有264位EEPROM，分成8個(gè)區(qū)，每區(qū)33位，可以從基站按區(qū)讀和寫。每個(gè)區(qū)的第0位為L(zhǎng)OCK位，該位被置1時(shí)這個(gè)區(qū)的數(shù)據(jù)不能再修改，且LOCK位無(wú)法恢復(fù)。LOCK位不隨其它位一起發(fā)射到基站，用戶實(shí)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(dòng)時(shí)這里存放IC的讀寫控制密碼，當(dāng)加密功能沒(méi)有使用時(shí)該區(qū)也可以存放用戶數(shù)據(jù)。其它6個(gè)區(qū)用戶可以存放數(shù)據(jù)3。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(shí)可任選一種。另外，因TK5550可以寫，在設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)，讀TK5550子程序：
tll equ 0x0e
tlh equ 0x19
thl equ 0x1c
thh equ 0x33
tdl equ 0x32
tdll equ 0x0e

read_ok
movlw 08h
movwf r5

btfsc port_d0 ;首先判斷是 1,0?
goto read_3
movlw 00h
movwf r4
read_1
movlw tdl1
xorwf r40
btfss statusz
goto read_2
goto read_mo
read_2
btfsc port_d0 ;確認(rèn) 0
goto read_6
incf r41
goto read_1
read_3
movlw 00h
movwf r4
read_4
movlw tdl1
xorwf r40
btfss statusz
goto read_5
goto read_mo
read_5
btfss port_d0 ;確認(rèn) 1
goto read_7
incf r41
goto read_4
read_6
bcf statusc
goto $+2
read_7
bsf statusc
rlf r01 ;讀出位暫存儲(chǔ)R0
movlw tdl ;延時(shí)等待
movwf r3
decfsz r31
goto $-1
bsf no_ok
return
read_mo
bcf no_ok ;時(shí)序不對(duì)，退出
return

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；因感應(yīng)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(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(shí)際使用中也經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，具有較高的可靠性；識(shí)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(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(jiǎn)單。

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