IC卡智能记录仪的功能与电路实现设计

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。

责任编辑：gt