摘 要：數(shù)字式預(yù)付費電度表目前主要采用IC卡，在性能方面存在一些不足。該設(shè)計所采用的智能卡是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司推出的一種智能化信息載體信息紐扣iButton。介紹利用信息紐扣組成預(yù)付費電度表的設(shè)計方法，重點描述信息紐扣的特點和使用方法，闡述相關(guān)的硬件和軟件的設(shè)計方法。采用這種方案相對IC卡系統(tǒng)具有操作方便、穩(wěn)定性高、便于攜帶、使用壽命長等特點。

關(guān)鍵詞：電度表；預(yù)付費；信息紐扣；單總線

中圖分類號：TP216文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004373X(2008)2204302

Design of Prepayment Watt-hour Meter Based on iButton

CHEN Wei，ZHAO Yuhong

(College of Electrical Engineerting，Nanhua University，Hengyang，42¹⁰01，China)

Abstract：At present，prepayment Watt-hour meter mainly uses IC，there are some shortages in the performance.The intelligent card used in this design is iButton，iButton is launched by Dallas Semiconductor (Dallas Semiconductor Corporation) .The design method of the prepayment Watt-hour meter by using iButton is introduced in this paper，characteristic and operation guide of iButton are emphasized.Method of hardware and software designing are discussed.Compared to IC system，this method has characteristics as easy operation，high stability，portability，long life and so on.

Keywords：Watt-hour meter；prepayment；iButton；1-wire

預(yù)付費電度表由于取代了傳統(tǒng)感應(yīng)式電度表需要人工抄表、工作量大、易出錯等缺點已得到了廣泛的使用。目前使用的、多為使用接觸式IC卡作信息載體。接觸式的IC卡通過機(jī)械觸點從讀寫器獲取能量和交換數(shù)據(jù)。存在機(jī)械磨損，觸點易污染特別是操作不方便等缺點。

本文采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的信息紐扣DS1991設(shè)計的電度表較好地解決了IC卡存在的攜帶不便、易受損壞等不足，并提高了系統(tǒng)的安全性和延長使用壽命。本文描述DS1991的特性和原理，并給出組成電度表的實現(xiàn)方法。

1 DS1991

多密鑰信息紐扣DS1991是一種封裝在紐扣型不銹鋼外殼里的堅固耐用的自供電產(chǎn)品，內(nèi)圈圓面為I/O數(shù)據(jù)線，外圈圓面為地線。外形見圖1。DS1991采用一種特殊的單總線 (1-Wire)接口協(xié)議，通過單條連接線解決了控制、通信和供電，降低了系統(tǒng)成本并簡化了設(shè)計。DS1991同其讀寫器的信息傳遞只需短暫接觸即可完成，傳輸速率可達(dá)16.3 kb/s。而且每一個信息紐扣都有工廠光刻的獨一無二的64位序列號。

DS1991是一款加密存儲型信息紐扣，為用戶的保密數(shù)據(jù)提供了可靠的保護(hù)措施。內(nèi)部有密碼保護(hù)存儲區(qū)（1 152 b的可讀寫非易失安全存儲器）和512 b非密碼保護(hù)的暫存器。密碼保護(hù)存儲區(qū)又分為3個獨立的密鑰子區(qū)，每個密鑰子區(qū)包括384 b，具有獨立的64 b密碼和識別碼。對密鑰子區(qū)的讀寫操作均需進(jìn)行密碼驗證。512 b的暫存器主要用于加密數(shù)據(jù)的拷貝，能夠保證數(shù)據(jù)的完整性。信息紐扣堅固的封裝形式，具有防塵、防潮、抗震等特性，與DS1991配套的附件又使其可以裝在塑料鑰匙環(huán)上、圖像身份證上、印刷電路板或任何其他表面平滑的物體上。

本設(shè)計的智能電度表選用DS1991信息紐扣為數(shù)據(jù)載體，保密性強(qiáng)、便于攜帶、不易損壞，只需在讀寫器觸頭上一碰，就可輕松完成交易。

2 硬件組成

本電度表采用信息紐DS1991作信息載體，以PIC單片機(jī)為核心組成，其硬件組成框圖如圖2所示。由PIC單片機(jī)、信息紐扣觸頭、存儲器、計量模塊、光電傳感器、通信接口等部分組成。

DS1991三個密鑰子區(qū)相互獨立，具有獨立的密碼和識別碼，存放卡類型、購電量、常用參數(shù)等。用戶在管理部門購買的可用電量存放入信息紐扣相應(yīng)存儲單元中，在信息紐扣觸頭上觸碰后傳遞給PIC單片機(jī)并且信息紐扣相應(yīng)存儲單元清零，PIC單片機(jī)將新購電量和原剩余電量相加得到新的剩余電量，存放于單片機(jī)和存儲器中。專用計量芯片AD7755對模擬電壓、電流進(jìn)行采樣并處理，其產(chǎn)生的脈沖輸出頻率與輸入功率成正比，經(jīng)光電傳感器送入單片機(jī)的計數(shù)I/O口。單片機(jī)根據(jù)設(shè)置的脈沖量對脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)達(dá)到電量顯示的最低數(shù)位時，引發(fā)內(nèi)部中斷，存儲器相應(yīng)單元減1，并重新開始計數(shù)。當(dāng)剩余電量不為0時，供電；當(dāng)剩余電量為0時，切斷供電。在本設(shè)計中當(dāng)剩余電量為10時，將提示用戶購電。信息紐扣觸頭與單片機(jī)的連線極其簡單，只需單片機(jī)1根口線與其相連，外接1個上拉電阻即可。單片機(jī)選用PIC16F877，該機(jī)最大的特點是低功耗，35條單字節(jié)的指令，即保證了必要的指令效率也兼具了控制芯片成本和簡化編程復(fù)雜度，同時集成多種外設(shè)，簡化外圍電路。計量模塊選用AD7755，單穩(wěn)選用CD4098，存儲器選24WC256。用于實時保護(hù)數(shù)據(jù)和掉電保存數(shù)據(jù)。

數(shù)碼管顯示工作狀態(tài)，剩余電量以及出錯信息等。

3 軟件設(shè)計

PIC單片機(jī)軟件采用模塊化設(shè)計，由主程序、各子程序、串行通信中斷處理程序、外部和內(nèi)部中斷處理程序等組成。主程序完成初始化和各子程序的調(diào)用；內(nèi)部中斷處理程序完成計量控制；串行通訊中斷用于實現(xiàn)與上位機(jī)的通訊。當(dāng) DS1991 觸碰觸頭時通過單穩(wěn)電路引發(fā)外部中斷處理程序，實現(xiàn)DS1991與單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換。

DS1991在單總線上的數(shù)據(jù)訪問必須遵循如下協(xié)議：初始化→ROM功能命令→存儲功能命令→處理/數(shù)據(jù)。DS1991的ROM功能命令有4種：讀取序列號命令［33H］；尋找與指定序列號匹配的DS1991［55H］；讀取在線DS1991的序列號［FOH］；跳過64位序列號直接訪問存儲器命令［CCH］。DS1991的存儲功能命令有6種：寫數(shù)據(jù)到暫存器［96H］；讀取暫存器數(shù)據(jù)［69H］；將指定的數(shù)據(jù)塊從暫存器復(fù)制到選定的密鑰分區(qū)［3CH］；讀密鑰分區(qū)數(shù)據(jù)［66H］；數(shù)據(jù)寫入密鑰分區(qū)［99H］；寫密碼［5AH］。DS1991讀操作流程圖見圖3所示。

4 結(jié) 語

采用DS1991設(shè)計的智能電度表是以信息紐扣為數(shù)據(jù)載體，以單總線技術(shù)為核心，以單片機(jī)為控制器的應(yīng)用系統(tǒng)。相對IC卡系統(tǒng)具有操作方便、穩(wěn)定性好、便于攜帶、使用壽命長等特點。本裝置適當(dāng)改造同樣適用于各類燃?xì)獗?、水表等其他流量計量裝置中。

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作者簡介 陳 蔚 女，1968年出生，副教授，碩士。研究方向為計算機(jī)測控技術(shù)、儀器儀表等。