單片機(jī)PIC16C7X在低功耗識(shí)別抄表的應(yīng)用

　　摘要：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)由信息訊、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)逐薦通過識(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題。由于信息鈕中的信息具有*、無法仿制、無法人工偽造的特點(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。考慮到有些設(shè)備和部門的現(xiàn)場(chǎng)情況，通信座和計(jì)算機(jī)之間采用管程和遠(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)和制造是核心和關(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，功力量一定要小，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。
　　
　　2.2PIC16C74單片機(jī)
　　
　　PCI16C74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，且非常可靠。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*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工作情況下大于1μA）。低電流特性應(yīng)用于長(zhǎng)壽命電池供電的是非常理想的。
　　
　　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*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。可以通過內(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，接下來是48位序列碼，這48位序列碼是*的，每個(gè)信息鈕各不相同，zui后8位是校驗(yàn)和，校驗(yàn)和是對(duì)前56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iButton1990程序如下：
　　
　　readbyte:
　　
　　movlw08h
　　
　　movwfr2
　　
　　bit_loop:
　　
　　rrfr1,1
　　
　　bcfporta,1
　　
　　bsfrp0
　　
　　bcftrisa,1
　　
　　bcfrp0
　　
　　bcfporta,1;為iButton1990A送低電平
　　
　　nop
　　
　　nop
　　
　　nop
　　
　　bsfrp0
　　
　　bsftrisa,1;準(zhǔn)備讀數(shù)據(jù)位
　　
　　bcfrp0
　　
　　nop
　　
　　nop
　　
　　nop
　　
　　nop
　　
　　nop
　　
　　nop
　　
　　bcfc
　　
　　btfscporta,1;取數(shù)據(jù)位放入進(jìn)位位
　　
　　bsfc
　　
　　nop
　　
　　movlwd'15'；延時(shí)等待下一次讀
　　
　　movwfr3
　　
　　decfszr3,1
　　
　　decfszr2,1
　　
　　nop
　　
　　gotobit_loop
　　
　　rrfr1,1
　　
　　nop
　　
　　movlwd'15';延時(shí)等待下一次讀
　　
　　movwfr3
　　
　　decfszr3,1
　　
　　goto$-1
　　
　　return
　　
　　3.2讀感應(yīng)型TK5550
　　
　　TK5550是由美國(guó)TEMIC公司開發(fā)的非接觸式讀/寫識(shí)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(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位無法恢復(fù)。LOCK位不隨其它位一起動(dòng)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的子程序：
　　
　　tllequ0x0e
　　
　　tlhequ0x19
　　
　　thlequ0x1c
　　
　　thhequ0x33
　　
　　tdlequ0x32
　　
　　tdl1equ0c0e
　　
　　read_ok
　　
　　movlw08h
　　
　　movwfr5
　　
　　btfscport_d,0;首先判斷是1，0？
　　
　　gotoread_3
　　
　　movlw00h
　　
　　movwfr4
　　
　　read_1
　　
　　movlwtdl1
　　
　　xorwfr4,0
　　
　　btfssstatus,z
　　
　　gotoread_2
　　
　　gototrad_mo
　　
　　read_2
　　
　　btfscport_d,0;確認(rèn)0
　　
　　gotoreqd_6
　　
　　incfr4,1
　　
　　gotoread_1
　　
　　read_3
　　
　　movlw00h
　　
　　movwfr4
　　
　　read_4
　　
　　movlwtdl1
　　
　　xorwfr4,0
　　
　　btfssstatus,z
　　
　　gotoread_5
　　
　　gotoread_mo
　　
　　read_5
　　
　　btfssport_d,0;確認(rèn)1
　　
　　gotoread_7
　　
　　incfr4,1
　　
　　gotoread_4
　　
　　read_6
　　
　　bcfstatus,c
　　
　　goto$+2
　　
　　read_7
　　
　　bsfstatus,c
　　
　　rlfr0,1;讀出位暫存儲(chǔ)R0
　　
　　movlwtdl;延時(shí)等待
　　
　　movwfr3
　　
　　decfszr3,1
　　
　　goto$-1
　　
　　bsfno_ok
　　
　　return
　　
　　read_mo:
　　
　　bcfno_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*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、化工作等。

        4、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　本系統(tǒng)中，由于采用了*的冗余技術(shù)，實(shí)際使用中也經(jīng)過多次改進(jìn)，具有較高的可靠性；只讀器配有液晶顯示，能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(jiǎn)單。