朱宸捷 潘灝 盧螽法

摘要：當(dāng)下社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅速，電子防盜鎖的更新?lián)Q代也緊跟時(shí)代的步伐。本文主要以電子防盜鎖的微控制器芯片為測(cè)試對(duì)象，對(duì)電子防盜鎖的溫度傳感電路、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路以及接口電路三大功能電路性能進(jìn)行測(cè)試研究。

關(guān)鍵詞：電子防盜鎖；微控制器；芯片；電路

Abstract：the current social and economic development is very rapid， electronic antitheft lock update also keep up with the pace of the times. This paper mainly to the microcontroller chip electronic antitheft lock for the test object， test of electronic antitheft lock temperature sensing module， switch state monitoring module and interface module three module circuit performance.

Key words：electronic antitheft lock；microcontroller；chip；circuit

隨著時(shí)間的推移，人們的經(jīng)濟(jì)水平得到有效的改善，同時(shí)，安全防盜工作也是人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中所關(guān)注的焦點(diǎn)之一。電子防盜鎖的種類隨著科技的進(jìn)步也在不斷的增加。通常情況下，我們所使用的電子防盜鎖具主要是在地電源電壓的激勵(lì)作用下，體用電子信息和他的載體作為連通電路的開關(guān)，在通過電子電路的識(shí)別和已編入的循環(huán)程序?qū)τ谒邮艿男盘?hào)做出判斷處理，從而實(shí)現(xiàn)電子防盜鎖的安全防盜功能。

此外電子防盜鎖還需要具備以下幾種性能要求：抗機(jī)械破壞、預(yù)防技術(shù)開啟、安全緊急開鎖。這些功能都與電子防盜鎖的心臟微控制器芯片息息相關(guān)。所謂微控制器，還有一個(gè)其他名稱，就是眾所周知的單片機(jī)，它指的是把微型計(jì)算機(jī)的核心部分統(tǒng)統(tǒng)集中合成在單芯片上的微型計(jì)算機(jī)上，通過PC機(jī)對(duì)其進(jìn)行一系列的編程工作，以實(shí)現(xiàn)微控制器的核心功能。微控制器的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)?shù)膹V泛，比如樓棟的安全和門禁控制系統(tǒng)就少不了它。

本文詳細(xì)介紹了電子防盜鎖開關(guān)的狀態(tài)檢測(cè)電路和溫度傳感電路的性能測(cè)試方案，然后對(duì)于測(cè)試結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)的分析，得出電子防盜鎖的微控制器芯片在生產(chǎn)發(fā)展的過程中能否滿足要求。

1 電子防盜鎖的功能電路性能測(cè)試

1.1 電子防盜鎖系統(tǒng)原理

本文所使用的電子防盜鎖內(nèi)部電路的系統(tǒng)原理如圖1所示，所使用的微控制器是AT89C51型號(hào)的單片機(jī)，以矩陣鍵盤控制、復(fù)位和振蕩三大電路作為輸入端，經(jīng)過單片機(jī)的編程運(yùn)算后，再通過聲光報(bào)警、顯示、開鎖以及電源電路作為輸出端，完成鎖具的防盜功能。

1.2 測(cè)試平臺(tái)

本文設(shè)計(jì)的電子防盜鎖的微控制器芯片采用TSMC 018Μm CMOS工藝。本文的目的是對(duì)于電子防盜鎖微控制器芯片的功能電路性能進(jìn)行測(cè)試研究，測(cè)試過程中所需要搭建的的測(cè)試平臺(tái)如圖2所示：

1.3 溫度傳感電路測(cè)試

溫度傳感電路在測(cè)試過程中所用到的儀器和設(shè)備正如表1所示 。收集溫度的信息的最前端的電路以及十二位SAR ADC，是溫度傳感電路系統(tǒng)的主要組成部件。其中，收集溫度的信息的最前端的電路對(duì)于溫度的敏感度比較高，它所產(chǎn)生的電壓 VPTAT和基準(zhǔn)電壓 VREF均與溫度呈正線性的關(guān)系?；鶞?zhǔn)電壓 VREF作為ADC的參考電壓，ADC能夠把 VPTAT 轉(zhuǎn)化成十二位數(shù)字輸出信號(hào)主要是依靠逐次逼近的原理。這十二位溫度數(shù)據(jù)能夠存儲(chǔ)在 MTP上，是由于在 ADC 轉(zhuǎn)化完成后所輸出一個(gè)高電平的脈沖READY 傳達(dá)給數(shù)字電路才發(fā)生的。在實(shí)驗(yàn)的過程中，我們將在零下五十到一百一十?dāng)z氏度的范圍下利用FPGA 開發(fā)板和溫度傳感電路系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制，再結(jié)合邏輯分析儀進(jìn)行觀察。

在測(cè)試溫度傳感的實(shí)驗(yàn)中，我們從30℃開始測(cè)量，間隔溫度為10℃，通過計(jì)算得出每個(gè)10℃溫度階段的數(shù)據(jù)以及它的變化率。溫度的測(cè)試結(jié)果正如圖3所示，從30℃開始，對(duì)該微控制器進(jìn)行溫度校準(zhǔn)之后，電子防盜鎖的微控制器芯片可以在40℃～100℃下對(duì)溫度的敏感程度達(dá)±1℃的精確度。通過溫度傳感電路系統(tǒng)的功耗進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果得到在1.8V電壓下平均會(huì)消耗的電流約為920nA，而在1V電壓下平均會(huì)消耗的電流約為410nA，總功率消耗約為2.1uW。

1.4 開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路測(cè)試

電子防盜鎖的開關(guān)狀態(tài)監(jiān)控電路的測(cè)試，主要是依據(jù)脈沖信號(hào)電平的高低來控制的，開關(guān)在閉合狀態(tài)時(shí)電平高，反之，在斷開狀態(tài)時(shí)電平低，綜合脈沖信號(hào)的電平開控制開關(guān)的使用狀態(tài)。此時(shí)，F(xiàn)PGA 開發(fā)板將會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的switc和Pctl信號(hào)，可以把開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路的輸入、輸出信號(hào)導(dǎo)入到邏輯分析儀上進(jìn)一步檢測(cè)電路時(shí)序的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明，電路的時(shí)序準(zhǔn)確，并且和仿真計(jì)算的結(jié)果相符合。

1.5 SPI 接口電路測(cè)試

SPI 接口所采集的信息是否正確以及芯片回饋的信息是否真實(shí)可靠，主要是使用邏輯分析儀捕獲MOSI和MISO以及時(shí)鐘信息進(jìn)行分析核實(shí)。在對(duì)于SPI 接口電路的測(cè)試過程中，首先使用FPGA開發(fā)板向SPI 接口傳送采集信息的命令，這些命令有周期性傳感信息和單次傳感信息以及開關(guān)計(jì)數(shù)等命令，然后SPI 接口才能夠使得微控制器芯片和外接的傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行相互交互。

2 結(jié)論

本文針對(duì)電子防盜鎖的微控制器芯片的溫度傳感電路、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路以及 SPI 接口電路三大核心功能電路進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。除此之外還特別的介紹了測(cè)試的平臺(tái)和測(cè)試中所用到的儀器和設(shè)備。經(jīng)過一系列的測(cè)試和數(shù)據(jù)的處理，可以得出以下結(jié)論：本文所使用的電子防盜鎖的微控制器芯片對(duì)于外界環(huán)境的溫度感知靈敏度非常高，波動(dòng)范圍在一攝氏度左右；開關(guān)的智能檢測(cè)電路以及SPI 接口電路均符合生產(chǎn)和使用的各類要求。總之，電子防盜鎖的微控制器芯片的運(yùn)行總功率耗能較低，在各方的電路性能都能滿足生產(chǎn)的要求。

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作者簡(jiǎn)介：朱宸捷（1988），男，上海人，碩士研究生，畢業(yè)于上海海事大學(xué)，實(shí)習(xí)研究員，研究方向：安防產(chǎn)品檢測(cè)。