摘要:介绍基于信息纽扣的智能煤气表,从功能、硬件设计以及程序流程等方面介绍了该煤气表的设计。
1 DS1991
多密钥信息纽扣DS1991是一种封装在纽扣型不锈钢外壳里的坚固耐用的自供电产品,内圈圆面为I/O数据线,外圈圆面为地线,外形见图1。DS1991采用一种特殊的单总线(1-W ire)接口协议,通过单条连接线解决了控制、通讯和供电,降低了系统成本并简化了设计。DS1991同其读写器的信息传递只需短暂接触即可完成,传输速率可达16.3kbps。而且每一个信息纽扣都有工厂光刻的独一无二的64位序列号。
DS1991是一款加密存储型信息纽扣,为用户的保密数据提供了可靠的保护措施。内部有密码保护存储区(1152位的可读写非易失安全存储器)和512位非密码保护的暂存器。密码保护存储区又分为三个独立的密钥子区,每个密钥子区包括384位,具有独立的64位密码和识别码。对密钥子区的读写操作均需进行密码验证。512位的暂存器主要用于加密数据的拷贝,能够保证数据的完整性。信息纽扣坚固的封装形式,具有防尘、防潮、抗震等特性,与DS1991配套的附件又使其可以装在塑料钥匙环上、图像身份证上、印刷电路板或任何其他表面平滑的物体上。
本设计的智能煤气表选用DS1991信息纽扣为数据载体,保密性强、便于携带、不易损坏,只需在读写器触头上一碰,就可轻松完成交易。
2 硬件组成
本煤气表采用DS1991作信息纽扣,以PIC单片机为核心组成,其硬件连线图如图2所示。由PIC单片机、信息纽扣触头、存储器、显示、报警、检测、执行等部分组成。
DS1991三个密钥子区相互独立,具有独立的密码和识别码,存放卡类型、购气量、常用参数等。用户在管理部门购买的煤气量存放入信息纽扣相应存储单元中,在信息纽扣上触碰后传递给PIC单片机且信息纽扣相应存储单元清零, PIC单片机将新购煤气量和原剩余煤气量相加得到新的剩余煤气量,存放于单片机和24WC256中。检测脉冲经斯密特触发整形后接RA4脚,每用一个单位煤气,单片机和24WC256相应单元减一。RA5脚接JZC23F5V型继电器,剩余气量不为零时,供气。当剩余气量为0时,继电器切断供气。本设计当剩余煤气量为5时,蜂鸣器与指示灯将提示用户购买煤气。
单片机选用PIC16C63,该机最大的特点是省电,适合设计便携式设备; 35条简单指令集,编程简便;集成多种外设,简化外围电路。信息纽扣触头与单片机的连线极其简单,只需PIC16C63的一根口线与其相连,外接一个上拉电阻即可。存储器选24WC256。用于实时保护数据和掉电保存数据。数码管显示工作状态,剩余气量以及出错信息等。
3 软件设计
PIC单片机软件采用模块化设计,由主程序、子程序、串行通讯中断处理程序和外部中断处理程序等组成。主程序完成初始化和各子程序的调用,串行通讯中断用于实现与PC机的通讯。当DS1991触碰触头时通过CD4098引发外部中断处理程序,实现DS1991与单片机的数据交换。主程序流程图如图3所示。
DS1991在单总线上的数据访问必须遵循如下协议:初始化→ROM功能命令→存储功能命令→处理/数据。DS1991的ROM功能命令有4种:读取序列号命令[33H];寻找与指定序列号匹配的DS1991 [55H];读取在线DS1991的序列号[F0H];跳过64位序列号直接访问存储器命令[CCH]。DS1991的存储功能命令有6种:写数据到暂存器[96H];读取暂存器数据[69H];将指定的数据块从暂存器复制到选定的密钥分区[3CH];读密钥分区数据[66H];数据写入密钥分区[99H];写密码[5AH]。PIC单片机对DS1991进行读操作的流程图见图4所示。
4 结束语
采用DS1991设计的智能煤气表是以信息纽扣为数据载体,以单总线技术为核心,以单片机为控制器的应用系统。相对IC卡系统具有操作方便,稳定性高,便于携带,使用寿命长等特点。
参考文献:
[1]陈蔚.信息纽扣用于公交卡读写器的设计[J].电子技术,2005, (10).
[2]赵嘉蔚.信息纽扣DS1991在单片机系统中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用, 2004, (6).
基金项目:湖南省教育厅科研硕目(06C719)
作者简介:陈蔚(1968—),女,副教授,研究方向为计算机测控技术、仪器仪表等。
