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：
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[3] 王愛英．智能卡技術[M]．北京：清華大學出版社，1996．