單片機PIC16C7X在低功耗識別抄表的應用

       摘要：介紹一種低功耗的自動識別抄表系統。詳細介紹其結構和工作原理、設計思相，并給出兩種信息鈕的操作方法。

       關鍵詞：低功耗 識讀器 通信座 接觸型iButton1990A 感應型TK5550

       目前，許多行業的抄表系統，一般都停留在手工抄寫然后人工匯總的水平上。隨著經濟改革的深入發展，人們要求信息及時、準確、全面；顯然，手工抄寫不能滿足經濟生活的要求。本文介紹了一種用單片機控制的抄表系統，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、化工廠等相關行業的抄表系統。

1 系統的總體結構及工作原理

       該系統由信息訊、識讀器、通信座、計算機組成。將一個包含特定標識信息的“信息鈕”安放在某個固定位置上，該位置可能是一臺設備或一個部位，設備上安裝有許多表顯示設備運行狀況。工作人員定時或不定時記錄表上數據，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，信息鈕中的信息標識該設備，然后把該設備上各表的讀數逐薦通過識讀器上鍵盤輸入并儲存在“識讀器”內；巡檢結束時，用“通信座”通過網絡將存儲在“識讀器”內的信息傳送至計算機進行處理，技術人員和管理人員就可準確掌握設備現場情況，并及時了解設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，一個信息鈕只能標識一臺設備或一個部位，并且識讀器內含有時鐘芯片，讀信息鈕的同時記錄當時時間。該系統用于管理和技術分析非常方便實用。考慮到有些設備和部門的現場情況，通信座和計算機之間采用管程和遠程兩種傳輸方式，近程通過RS232串口傳輸，遠程利用MODEM通過電話線傳輸。在該系統中，低功耗、便攜式識讀器的設計和制造是核心和關鍵。

2 低功耗便攜式識讀器的設計

2.1 設計原則

       本系統中識讀器的設計要求有兩點：（1）小巧玲瓏，方便攜帶；（2）電池供電，功力量一定要小，延長電池使用壽命。根據這兩點要求，在設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，內部集成了很多功能，可以節省很多外圍元件，減小系統功耗。

2.2 PIC16C74單片機

       PCI16C74單片機是一種低功耗、高性能的芯片。由于采用全靜態CMOS設計，電源操作能耗很低，且非常可靠。片內有上電復位電路、監視定時器電路和RC振蕩器電路選擇等，不需要增加價格高的片外支持的功能元件，從而降低了系統成本和系統功耗。PIC的小晶片尺寸加上Microchip公司先進的CMOS技術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）和極小的待命狀態電流（休眠方式3V工作情況下大于1μA）。低電流特性應用于長壽命電池供電的是非常理想的。

       該芯片內部帶有8個高速A/D轉換通道，在需要進行A/D轉換時，可以省去附加的A/D轉換外圍部件。

       采用先進的類—RISC結構、Harvard雙總線結構、兩級指令流水線結構，具有8級堆棧，多個內部和外部中斷位，指令只有35條，易于編程，軟件代碼少，執行速度快。

       該芯片還具有休眠（SLEEP）功能，執行一條SLEEP指令，芯片就進入休眠方式。可以通過內部或外部中斷方式喚醒芯片，使芯片重新進入正常工作狀態[2]。

3 讀信息鈕

       在本系統的設計中，為了使產品應用范圍更寬、使用面更廣，考慮到各個行業有不同的要求，不同地點的應用環境又有很大差異，而信息鈕又是安裝在應用現場，所以設計的識讀器可以讀取兩種型號信息鈕，根據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）感應型TK5550。這兩種型號信息鈕在實際安裝時都加上特制的護套，增強信息鈕耐腐蝕性、抗沖擊性，護套有不同的形狀，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公司生產的自動識別芯片。讀寫簡單，只用一條數據線和一條地線，采用一線協議完成命令和數據的傳送。識別系統依靠存在脈沖檢測iButton1990A的存在，操作時需要的能量從數據線上“竊取”或從嵌入的鋰電池獲得。

       接觸型iButton1990A內部包括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56位作CRC校驗。操作時采用一線協議完成命令和數據的傳送。信息鈕上64位序列碼是由信息鈕生產廠家生產時用激光做的，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iButton1990A被喚醒，接受到33H命令后讀iButton1990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 ;準備讀數據位

bcf rp0

nop

nop

nop

nop

nop

nop

bcf c

btfsc porta,1 ;取數據位放入進位位

bsf c

nop

movlw d'15' ；延時等待下一次讀

movwf r3

decfsz r3,1

decfsz r2,1

nop

goto bit_loop

rrf r1,1

nop

movlw d'15' ;延時等待下一次讀

movwf r3

decfsz r3,1

goto $-1

return

3.2 讀感應型TK5550

       TK5550是由美國TEMIC公司開發的非接觸式讀/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，每區33位，可以從基站按區讀和寫。每個區的第0位為LOCK位，該位被置1時這個區的數據不能再修改，且LOCK位無法恢復。LOCK位不隨其它位一起動射到基站，用戶實際使用的數據是每區的后32位，共256位。0區是為設置IC的操作模式而保留的。7區是口令區，在口令加密功能啟動時這里存放IC的讀寫控制密碼，當加密功能沒有使用時該區也可以存放用戶數據。其它6個區用戶可以存放數據[3]。

       感應型TK5550可以從基站按區讀和寫。TK5550可以設置成多種工作模式，所以TK5550操作非常方便，使用時可任選一種。另外，因TK5550可以寫，在設計時可以根據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信息所表示的含義。

下面給出在設置為曼切斯特碼時，讀TK5550的子程序：

tll equ 0x0e

tlh equ 0x19

thl equ 0x1c

thh equ 0x33

tdl equ 0x32

tdl 1 equ 0c0e

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 tdl 1

xorwf r4,0

btfss status,z

goto read_2

goto trad_mo

read_2

btfsc port_d,0 ;確認0

goto reqd_6

incf r4,1

goto read_1

read_3

movlw 00h

movwf r4

read_4

movlw tdl 1

xorwf r4,0

btfss status,z

goto read_5

goto read_mo

read_5

btfss port_d,0 ;確認1

goto read_7

incf r4,1

goto read_4

read_6

bcf status,c

goto