IC卡智能記錄儀的功能與電路實現(xiàn)設(shè)計

油田地下輸油管道陰極防腐中，需要記錄防腐電源設(shè)備（恒電位儀）的運行參數(shù)、工作狀態(tài)、以及管道陰極的實際保護電位。以便管理人員分析防腐效果，設(shè)置更合理的恒電位儀運行參數(shù)。由于記錄須常年進行，且現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，因此要求記錄儀具有極高的可靠性，保證數(shù)據(jù)不會丟失，記錄不會混亂。我們分析了記錄過程的特點，確立鐘空工作、微功耗、IC卡記錄載體設(shè)計目標(biāo)，開發(fā)出的產(chǎn)品具有很好的性能。

1、電路結(jié)構(gòu)

記錄儀的電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 日歷芯片DS1305 DS1305是一種高性能日歷芯片，具有以下特點：

a） 兩路報警輸出，報警間隔可按秒、分、時、日等任意設(shè)定，本儀器可按1—12小時間隔任意設(shè)置。

b） 內(nèi)置128字節(jié)RAM，可存放單片機的初始化命令或控制信息。

c） 微功耗，工作電流僅為微安級。

1.2 PIC16C73

PIC16C73有22個位操作端口，端口驅(qū)動電流可達20mA。其中有4個端口可作內(nèi)置

ADC輸入口，內(nèi)置ADC分辨率為8位；PIC單片機全部指令都是單字節(jié)，因此受干擾死機或非法運行的現(xiàn)象大大減少；可由指令控制進入睡眠狀態(tài)，此時電流僅為1uA，功耗極低。睡眠狀態(tài)可由內(nèi)部看門狗定時喚醒、B1—B4口電平擺動喚醒、或外部中斷喚醒。

1.3 鍵盤與顯示

共設(shè)4個按鍵：功能鍵、校時鍵、增鍵和減鍵。單片機對功能鍵和校時鍵采用中斷喚醒響應(yīng)方式，對增/減鍵采用檢測方式。亦既任何時刻都響應(yīng)前兩鍵，只有響應(yīng)這兩鍵之一后，增/減鍵才起作用。顯示采用4位液晶數(shù)碼顯示模塊（SMS0408），二線串行數(shù)據(jù)接口，功耗小，連接簡單。

1.4 信號預(yù)處理

預(yù)處理電路把要記錄的電壓、電流、電位信號歸一化為0—5V的電壓信號，分別送到PIC內(nèi)置ADC的輸入端口。電壓、電位為大信號，分別采用簡單的衰減和放大。電流信號設(shè)計為取自恒電位儀電流表頭或分流器上的電壓信號，每安培2.5mV，采用浮地差分隔離放大，解決信號共地問題。

1.5 記錄媒體

我們選用32K×8 EEPROM 24LC256作記錄媒體，管理人員可定期（如半年或年終）用IC卡采集全部記錄，再到上位機處理。也可以直接用IC卡作記錄媒體，如存儲卡SSF1101（或AT45D041），其容量為512K×8。上位機硬件為讀卡器和PC機，運行專用處理程序，能以表格和曲線形式顯示、打印記錄，求記錄參數(shù)的月平均值和年平均值及其他處理。本文不多敘述。

2、工作原理和程序流程

2.1 工作原理

記錄儀的工作過程是：加電后，管理人員可使用面板上的校時鍵和增/減鍵輸入當(dāng)前時間（24小時制）和記錄間隔（1—12小時，整數(shù)）。如無其他操作，將在大約5秒后自動關(guān)閉顯示，單片機進入睡眠狀態(tài)。此后，便由日歷芯片DS1305擔(dān)負(fù)“值守”任務(wù)，按設(shè)定的記錄間隔定時喚醒單片機，進行記錄。當(dāng)完成一次記錄后，單片機又回到睡眠狀態(tài)。在任何時刻都可以用功能鍵查看恒電位儀當(dāng)前工作電壓、電流和保護電位；用校時和增/減鍵查看或修改當(dāng)前時間和記錄間隔。這都將喚醒單片機，并在完成操作5秒后自動進入睡眠狀態(tài)。此外，恒電位儀的停機和再開機也將喚醒單片機，記錄下停機和開機的時刻（從DS1305得到）。插入IC卡，將把24L256存儲器內(nèi)的記錄轉(zhuǎn)存到IC卡并將存儲器清空和給出指示。

采集數(shù)據(jù)時，顯示器提示采集成功、IC卡非法、及存儲器數(shù)據(jù)空等內(nèi)容。數(shù)據(jù)記錄時，采用256點平均法進行軟件濾波，既達到了較好濾波效果，程序也十分簡單。為防止意外干擾造成誤記錄，單片機被中斷喚醒后，還要核對日歷芯片內(nèi)容，若符合報警條件，確實是定時記錄中斷，才進行記錄。

2.2 軟件流程

實現(xiàn)上述工作的程序流程如圖2所示。

3、性能分析

IC卡智能記錄儀具有高可靠性、智能化、和低功耗的特點，討論如下。

a） 高可靠性：正常使用中，許多用戶把記錄間隔設(shè)置在數(shù)小時。按上述方案進行一次記錄，單片機只工作5秒中，其余時間都處于睡眠狀態(tài)。若按記錄間隔4小時計算，單片機工休比為1︰2880。這就大大減少了系統(tǒng)工作中受干擾的機會，降低了系統(tǒng)故障概率。此外，因配備備用電池，日歷芯片工作非常可靠，加之前述的系統(tǒng)抗干擾措施，使得記錄儀具有極高的可靠性。經(jīng)數(shù)月試驗，無一次故障。

b） 智能化：本機主要體現(xiàn)在定時工作、操作提示及記錄數(shù)據(jù)自動生成曲線、表格等上位機處理過程。

c） 低功耗：因為記錄儀采用液晶顯示、PIC單片機、DS1305日歷芯片等微功耗器件及睡眠喚醒工作方式，所以整機具有極低功耗。

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