基于IC卡的新型供暖计费系统设计

U1为16位△-∑A／D转换器AD7705，通过SPI接口与CPU连接，该器件为2路差动输入，内带1～128可程控放大器，共模抑制比优于130dB，串行接口，单电源工作，按图中的接法，使用2．5 V参考电源、64倍放大、20 Hz采样率时，等效输入端噪声有效值为0．63μV，分辨率为0．596μV。对于温度变化0．1℃引起的29．5μV的电压变化量，经过64倍放大后为1．888 mV，准确测量是不成问题的。
U2为2．5 V电压基准源BEF5025，该器件在单5 V供电的条件下，可以产生0．05％精度、噪声7．5μVp-p的精确电压基准，输出电流可达10 mA。这里采用REF5025不仅为A／D转换器提供电压基准，而且还为测温桥路提供稳定电源。理论上讲，由于桥路为差动输出，A／D转换器为差动输入，电源和地线上的电压扰动都可作为共模信号被抑制掉，不会影响输出精度，但由于组成桥路的电阻不能完全匹配，因此共模
信号也可能对输出造成干扰，采用稳定的电压基准源为其供电，可以解决此问题。
2．2 系统控制电路
系统控制电路如图4所示，该电路是整个计费系统的核心，该电路在CPU的控制下完成温度、流量、预付费、实时钟以及键盘按键信息的读入，同时将需要显示输出的信息以串行的方式送到LCD显示，需要步进电机执行的命令通过隔离驱动送到步进电机执行。

图4中，U1为8位AVR微处理器ATmega8，其主要特点为：8 KB的系统内可编程F1ash；512 B的EEPROM，擦写寿命：100 000次；1 KB的片内SRAM；2个具有独立预分频器8位定时器／计数器，一个具有比较功能，另一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器／计数器；2个片外中断源；23个可编程的I／O线：1个SPI接口。PB1、PB2、MO、MI、SCK用于初始化温度测量电路和读入测量的2通道温度数据；PC0～PC3用于扫描K1～K4 4个按键；PC4、PC5用于驱动步进电机的2个绕组；PC6、PD0、PD1用于连接LCD显示器；INT0、INT1用于以中断方式测量2通道流量数据；PB6、PB7用于读入、设置实时钟；PB0、PD5-PD7用于IC卡的数据读入，PD4用于驱动蜂鸣器。
U4、Q1、Q2组成步进电机隔离驱动电路，该电路在U1的控制下驱动步进电机正(反)向旋转设定的角度。VD1、VD2用于吸收步进电机绕组的反向冲击电压，避免破坏其他电路。
U3为低功耗CMOS实时时钟／日历芯片PCF8563，该器件内置32．768 kHz振荡器，产生的时钟信号控制芯片生成实时钟数据，通过I2C总线供U1读取，并作为系统时钟控制其他电路工作。U2是IC卡集成电路X76F100，其主要特点为：具有读写相互独立的可编程64位密码保护；内含112 B快擦写存储器阵列；内置重试计数器，非法用户进行8次试读(写)后存储器阵列自动清零；I2C总线接口，连线简单；功耗极低，待机电流1 μA，工作电流为3 mA；存储器阵列可擦写1O万次；数据可保存100年。这里X76F100用于存放用户序列号、充值次数、充值金额、本年度供热单价等信息。用户端计费系统预置64位信息读取密码，用于信息的读取；信息写入密码保存于供暖企业，用于给用户充值。由于读出和写入信息的密码分离，写入密码(64位)只保存在企业手里，因此非法写入信息成功的几率极低。
该系统设计的流量传感器采用DFT-1000B，其量程为2.5～25L／min，测量精度±5％FS，它用光隔离输出脉冲数代表流过传感器的流量，因此与控制系统接口连接简单，控制系统对接收到的流量脉冲计数，就可测得流过传感器的流量值。流量脉冲信号连接于U1的外中断触发输入引脚，每个脉冲到来后触发中断服务程序计数，从而记录流量值。
2．3 系统电源设计
系统共需要3组电源保障系统正常工作，即用于温度测量电路的模拟电源VDD，用于控制系统的数字电源VCC，用于步进电机工作的功率电源+5 V，其中模拟电源和数字电源电源共地且与功率电源地线隔离。考虑到系统需要长时间不间断工作，电源部分采用以交流供电为主，充电电池供电为辅的电源解决方案。系统电源电路原理图如图5所示。

低功耗的控制系统由交流供电和电池供电组成不间断电源，保证控制系统不掉电连续工作；功耗较大的步进电机及其驱动电路只由交流供电，在交流电断开时停止步进电机运转，减小电源消耗。VD1、VD2、VD3、R1组成后备电池充电电路，当交流电接通时，自动给充电电池充电。

3 系统软件设计
系统软件主要包括AD7705、PCF8563、系统的初始化，IC卡信息读取，流量、温度测量，按键扫描，电机驱动，供暖费扣除等功能模块。图6给出了系统工作的流程图。

需要说明的是：给IC卡施加复位信号后，IC卡输出4字节数据19H 00H AAH 55H，系统以此作为判断IC卡接入与否的标