IC卡智能燃氣表的低功耗設計
1 IC卡智能燃氣表的結(jié)構(gòu)
IC卡智能燃氣表的結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 IC卡智能燃氣表的結(jié)構(gòu)
IC卡智能燃氣表是在普通燃氣表的基礎上再加上電子控制器、閥門及取樣用脈沖發(fā)生器(如干簧管、霍爾元件等)。計數(shù)器每轉(zhuǎn)一周發(fā)出一個脈沖信號,將脈沖信號送入CPU,CPU根據(jù)編制的程序進行計數(shù)與運算,再將計算結(jié)果與設定值比較,當比較結(jié)果達到一定范圍時發(fā)出報警及開關進氣閥等指令。
2 低功耗設計
① 閥門
閥門是Ic卡智能燃氣表的執(zhí)行機構(gòu),是實現(xiàn)預付費功能的關鍵裝置,當用戶表中余量為零時,應能及時切斷氣源,閥門采用微功耗雙穩(wěn)態(tài)設計。IC卡智能燃氣表采用電池供電,閥門的開啟與關閉應具有雙穩(wěn)態(tài)特性,即閥門的開啟與關閉需要瞬態(tài)電流, 而開啟與關閉狀態(tài)的保持不需要消耗能量。為滿足對IC卡智能燃氣表總體外觀的要求,采用機電一體化的設計思想,將閥門內(nèi)置。
② 低功耗驅(qū)動電路
閥門開啟關閉的瞬間需要高電壓、大電流。為解決電源問題,設計了升壓式直流電源變換器,它主要由開關管、儲能電感、續(xù)流二極管、濾波電容及比較器構(gòu)成。單片機通過某管腳電平的變化控制開關管的通斷。開關管導通時,儲能電感兩端電壓為+6V,此時續(xù)流二極管處于反偏截止狀態(tài),電池通過開關管對儲能電感充電,儲能電感中電流線性增加,電能存儲在儲能電感中。開關管截止時,流過儲能電感的電流減少,儲能電感兩端的電壓反相,續(xù)流二極管導通,儲能電感中儲存的電能與電池中的電能疊加在一起通過續(xù)流二極管對濾波電容充電。通過續(xù)流二極管,電池對濾波電容充電,然后通過比較器判斷電壓的高低決定是否停止。
③ 低功率單片機
設計時,盡量選用低功耗的單片機。PIC16C62系列單片機是由美國Microchip公司生產(chǎn)的8位單片機,由于采用了CMOS工藝,因此其功耗極低,可很方便地采用電池直接供電。其主要性能特點為:工作頻率可達20 MHz,振蕩器可采用RC振蕩器或
晶體振蕩器;工作電壓(直流)為3.5~6.0 V;低功耗,運行模式的工作電流<2 mA;內(nèi)置WatchDog(看門狗)電路,防止由于外部干擾或內(nèi)部編程錯誤引起單片機運行故障;采用單字節(jié)指令結(jié)構(gòu);具有一次性編程(OTP)芯片。
PIC16C62系列單片機最突出的特點是具有睡眠(SLEEP)模式。在睡眠模式下,典型電流<3 µA,可通過軟件設置進入睡眠模式,并可由任一中斷喚醒。在用戶使用燃氣時,單片機進入運行模式,而停止使用燃氣一段時間后,便進入睡眠模式,因此
IC卡智能燃氣表可成功地實現(xiàn)低功耗。
④ 低功耗外圍器件
數(shù)據(jù)及信息顯示采用低壓微功耗的LCD液晶顯示器,驅(qū)動器選用Philip公司生產(chǎn)的PCF8576芯片。芯片的電壓(直流)工作范圍為2~6 V,采用I2C總線協(xié)議。電壓檢測芯片選用AN051,該芯片在電壓為1.5 V時,典型電流為1.5 µA。
⑤ 分區(qū)分時供電
為降低功耗,IC卡智能燃氣表采用分區(qū)分時供電方式。利用電源開關控制加到儲存器芯片、IC卡接口的上拉電壓,保證不用這部分電路時關斷電源。加到液晶顯示器驅(qū)動器PCF8576芯片上的電壓在系統(tǒng)進入睡眠模式時通過開關控制關閉顯示,降低功耗。
⑥ 軟件設計
軟件設計緊密結(jié)合IC卡智能燃氣表的控制模式,充分體現(xiàn)了對Ic卡信息讀寫、卡類型判斷、計量信號判斷與數(shù)據(jù)處理、電壓監(jiān)測與電源保護等功能,并在信號安全性、軟件運行可靠性及抗干擾等方面進行了精心設計。主程序流程見圖2。
圖2 主程序流程
單片機的功耗隨著CPU的工作時間延長提高,因此盡量采用軟件代替硬件,采用定時中斷代替軟件循環(huán)延時的工作方式及靜態(tài)顯示方式,縮短CPU的運行時間。
作者簡介:
王愛玲(1976- ), 女, 山東濟寧人, 山東濟寧職業(yè)技術學院講師, 碩士生, 主要從事電工電子、自控方面的教學及研究工作。 E -mail:chenyuyang66@ 163.com
姜海鵬,山東濟寧職業(yè)技術學院
參考文獻:
[1] 朱相磊.智能預付費燃氣表的低功耗設計[J].電工技術,2004,(9):20—21.
[2] 何為民.低功耗單片微機系統(tǒng)設計[M].北京:北京航空航天大學出版社,1994.
[3] 王愛英.智能卡技術[M].北京:清華大學出版社,1996.