钟控职守IC卡记录仪

2007-07-17 11:52:41来源: 电子设计信息网
油田地下输油管道阴极防腐中,需要记录防腐电源设备(恒电位仪)的运行参数、工作状态、以及管道阴极的实际保护电位。以便管理人员分析防腐效果,设置更合理的恒电位仪运行参数。由于记录须常年进行,且现场工作环境恶劣,因此要求记录仪具有极高的可靠性,保证数据不会丢失,记录不会混乱。我们分析了记录过程的特点,确立钟空工作、微功耗、IC卡记录载体设计目标,开发出的产品具有很好的性能。

1 电路结构

记录仪的电路结构图如图1所示。

1.1 日历芯片DS1305 DS1305是一种高性能日历芯片,具有以下特点:

a) 两路报警输出,报警间隔可按秒、分、时、日等任意设定,本仪器可按1—12小时间隔任意设置。

b) 内置128字节RAM,可存放单片机的初始化命令或控制信息。

c) 微功耗,工作电流仅为微安级。

1.2 PIC16C73

PIC16C73有22个位操作端口,端口驱动电流可达20mA。其中有4个端口可作内置

ADC输入口,内置ADC分辨率为8位;PIC单片机全部指令都是单字节,因此受干扰死机或非法运行的现象大大减少;可由指令控制进入睡眠状态,此时电流仅为1uA,功耗极低。睡眠状态可由内部看门狗定时唤醒、B1—B4口电平摆动唤醒、或外部中断唤醒。

1.3 键盘与显示

共设4个按键:功能键、校时键、增键和减键。单片机对功能键和校时键采用中断唤醒响应方式,对增/减键采用检测方式。亦既任何时刻都响应前两键,只有响应这两键之一后,增/减键才起作用。显示采用4位液晶数码显示模块(SMS0408),二线串行数据接口,功耗小,连接简单。

1.4 信号预处理

预处理电路把要记录的电压、电流、电位信号归一化为0—5V的电压信号,分别送到PIC内置ADC的输入端口。电压、电位为大信号,分别采用简单的衰减和放大。电流信号设计为取自恒电位仪电流表头或分流器上的电压信号,每安培2.5mV,采用浮地差分隔离放大,解决信号共地问题。

1.5 记录媒体

我们选用32K×8 EEPROM 24LC256作记录媒体,管理人员可定期(如半年或年终)用IC卡采集全部记录,再到上位机处理。也可以直接用IC卡作记录媒体,如存储卡SSF1101(或AT45D041),其容量为512K×8。上位机硬件为读卡器和PC机,运行专用处理程序,能以表格和曲线形式显示、打印记录,求记录参数的月平均值和年平均值及其他处理。本文不多叙述。

2工作原理和程序流程

2.1 工作原理

记录仪的工作过程是:加电后,管理人员可使用面板上的校时键和增/减键输入当前时间(24小时制)和记录间隔(1—12小时,整数)。如无其他操作,将在大约5秒后自动关闭显示,单片机进入睡眠状态。此后,便由日历芯片DS1305担负“值守”任务,按设定的记录间隔定时唤醒单片机,进行记录。当完成一次记录后,单片机又回到睡眠状态。在任何时刻都可以用功能键查看恒电位仪当前工作电压、电流和保护电位;用校时和增/减键查看或修改当前时间和记录间隔。这都将唤醒单片机,并在完成操作5秒后自动进入睡眠状态。此外,恒电位仪的停机和再开机也将唤醒单片机,记录下停机和开机的时刻(从DS1305得到)。插入IC卡,将把24L256存储器内的记录转存到IC卡并将存储器清空和给出指示。

采集数据时,显示器提示采集成功、IC卡非法、及存储器数据空等内容。数据记录时,采用256点平均法进行软件滤波,既达到了较好滤波效果,程序也十分简单。为防止意外干扰造成误记录,单片机被中断唤醒后,还要核对日历芯片内容,若符合报警条件,确实是定时记录中断,才进行记录。

2.2 软件流程

实现上述工作的程序流程如图2所示。

3性能分析

IC卡智能记录仪具有高可靠性、智能化、和低功耗的特点,讨论如下。

a) 高可靠性:正常使用中,许多用户把记录间隔设置在数小时。按上述方案进行一次记录,单片机只工作5秒中,其余时间都处于睡眠状态。若按记录间隔4小时计算,单片机工休比为1︰2880。这就大大减少了系统工作中受干扰的机会,降低了系统故障概率。此外,因配备备用电池,日历芯片工作非常可靠,加之前述的系统抗干扰措施,使得记录仪具有极高的可靠性。经数月试验,无一次故障。

b) 智能化:本机主要体现在定时工作、操作提示及记录数据自动生成曲线、表格等上位机处理过程。

c) 低功耗:因为记录仪采用液晶显示、PIC单片机、DS1305日历芯片等微功耗器件及睡眠唤醒工作方式,所以整机具有极低功耗。

关键字:阴极  参数  载体  端口

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