基于PIC單片機(jī)的精確加油系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、引言

當(dāng)前，能源已成為制約很多國(guó)家發(fā)展的瓶頸，特別是廣大發(fā)展中國(guó)家，能源緊缺現(xiàn)象逐步凸現(xiàn)，世界各國(guó)對(duì)石油資源的爭(zhēng)奪不斷加劇，甚至引發(fā)局部戰(zhàn)爭(zhēng);作為最大的發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)必須在實(shí)現(xiàn)能源來源多元化的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)已有資源的有效管理和使用，杜絕浪費(fèi)和無效流失現(xiàn)象。傳統(tǒng)的人工加油的方式由于受人的影響較大，不僅加油量誤差較大，且容易造成少加、錯(cuò)加、加冒等人為差錯(cuò)。而該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 1、精確定量加油 2、節(jié)約人力 3、節(jié)約時(shí)間 4、安全可靠 5、體積小 6、成本低廉;可有效避免傳統(tǒng)加油方式的缺點(diǎn)。

二、工作原理

本論文所設(shè)計(jì)的精確加油系統(tǒng)是在傳統(tǒng)加油管上安裝智能測(cè)控系統(tǒng)而構(gòu)成的，該測(cè)控系統(tǒng)主要由PIC單片機(jī)、IC卡、計(jì)量電路、電控系統(tǒng)以及油路控制閥、漏電檢測(cè)與報(bào)警電路系統(tǒng)等組成。 當(dāng)用戶將含有油量(以加密數(shù)值形式表示)的IC卡插入表內(nèi)時(shí)，控制閥在電控系統(tǒng)控制下開通油路。飛機(jī)每用一個(gè)計(jì)量單位，計(jì)量電路便發(fā)出一組等周期計(jì)量脈沖序列，該脈沖序列如經(jīng)電控系統(tǒng)判定為有效，即可以從油量中減去一個(gè)計(jì)量單位，并通過液晶模塊顯示表內(nèi)剩余油量。當(dāng)剩余油量為零時(shí)，控制閥自動(dòng)關(guān)閉，油路即被切斷，此時(shí)須重新持卡充值。在正常情況下控制閥處于接通態(tài)，只有當(dāng)特殊事件發(fā)生時(shí)控制閥才從接通態(tài)變?yōu)殛P(guān)閉態(tài)。

三、硬件規(guī)劃

精確加油系統(tǒng)由低功耗單片機(jī)(PIC16C57)、IC卡讀寫控制電路、EEPROM存儲(chǔ)電路、液晶顯示、電源電壓監(jiān)測(cè)電路、電源保護(hù)電路、漏電檢測(cè)及報(bào)警電路等組成。硬件系統(tǒng)總體規(guī)劃如下圖所示：

1、 PIC單片機(jī)及電路組成

PIC單片機(jī)是MicroChip公司近年來推出的新型單片機(jī)系列。它采用先進(jìn)的RISC技術(shù)，具有低價(jià)格、低功耗、高性能、全靜態(tài)、易使用等特點(diǎn)，目前已在儀器儀表、工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)通訊以及民用產(chǎn)品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中采用了PIC系列中的主流型號(hào)PIC16C57作為電路系統(tǒng)的控制核心。該單片機(jī)在靜態(tài)時(shí)處于低功耗睡眠狀態(tài)，功耗小于3uA。當(dāng)接收到計(jì)量脈沖或有IC卡操作時(shí)，單片機(jī)由睡眠態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)通過C5、C6口以I2C總線方式對(duì)IC卡進(jìn)行讀寫操作，以模擬I2C方式與存儲(chǔ)器IC2進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并通過B2、B4口分別獲取實(shí)時(shí)電池電壓及電源保護(hù)信號(hào)，通過輸出口B6、B7控制電控閥動(dòng)作，通過輸出口A0、A1驅(qū)動(dòng)漢字液晶模塊。

2、IC卡及讀寫電路

IC卡由于具有存儲(chǔ)容量大、數(shù)據(jù)保密性好、抗干擾能力強(qiáng)、操作速度快等突出優(yōu)點(diǎn)，近年來在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)采用符合ISO7816國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IC卡，用于可靠存儲(chǔ)用戶密鑰、油量、用油記錄等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。單片機(jī)通過IC卡讀寫電路完成對(duì)IC卡信息的讀寫，本讀寫電路在卡口保護(hù)、輔助偽卡識(shí)別、確保準(zhǔn)確安全讀寫IC卡信息等方面都進(jìn)行了精心而合理的設(shè)計(jì)。

3、EEPROM存儲(chǔ)電路

EEPROM存儲(chǔ)器IC2采用24LC02B芯片，該芯片可以在無電源狀態(tài)下長(zhǎng)期可靠存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)重要數(shù)據(jù)，工作壽命可達(dá)106次。當(dāng)用戶卡插入系統(tǒng)時(shí)，卡內(nèi)密碼、卡號(hào)、油量及用戶用油記錄等關(guān)鍵數(shù)據(jù)將以密文形式存儲(chǔ)在24LC02B芯片中。

4、液晶顯示

液晶顯示電路采用PHILIP標(biāo)準(zhǔn)I2C通訊塊制作，可漢字顯示欠壓、充值、關(guān)閥、卡誤和油量五種信息狀態(tài)及其任意組合。

5、電源電壓監(jiān)測(cè)電路

系統(tǒng)采用S80751芯片進(jìn)行電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)系統(tǒng)電池電壓在正常值時(shí)，S80751的輸出1腳為高電平;當(dāng)電池電壓低于保護(hù)值時(shí)，該芯片的1腳變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)后，即控制液晶模塊顯示欠壓，以提醒用戶更換電池。

6、電源保護(hù)電路

為有效保護(hù)系統(tǒng)電源，本電路可對(duì)電池盒位置進(jìn)行高靈敏檢測(cè)。當(dāng)電池盒被拉開時(shí)，保護(hù)電路輸出低電平，單片機(jī)監(jiān)測(cè)該信號(hào)后，即控制閥門使其關(guān)斷。直到電池安裝好并將電池盒推入表內(nèi)正常位置時(shí)，單片機(jī)才會(huì)再次控制閥門使重新開閥供油。

7、漏電檢測(cè)及報(bào)警電路

由于電控系統(tǒng)工作場(chǎng)合復(fù)雜，因此需具備漏電檢測(cè)與報(bào)警功能。漏電檢測(cè)由漏電檢測(cè)線圈的輸出經(jīng)整形后輸入到RC6口，電路原理圖如圖 (a)所示。當(dāng)漏電流超過一定閾值時(shí)，比較器輸出低電平，否則保持高電平，再通過一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路產(chǎn)生如圖 (b)所示波形，低電平保持時(shí)間t可由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行調(diào)整設(shè)定。在本系統(tǒng)中t為10ms，由于PIC16C57沒有中斷功能，因此程序中必須每隔一定時(shí)間(小于10ms)對(duì)RC6口進(jìn)行查詢，以檢測(cè)是否漏電，一旦檢測(cè)到RC6變低，經(jīng)過確認(rèn)后進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)關(guān)閉控制閥。PIC16C57本身具有看門狗定時(shí)器，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，能自動(dòng)進(jìn)行掉電保護(hù)和系統(tǒng)復(fù)位。

圖 (a)電路原理圖

圖 (b)波形圖

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用PIC16C5X精簡(jiǎn)指令集編寫。軟件設(shè)計(jì)緊密結(jié)合精確加油系統(tǒng)的工作原理，充分體現(xiàn)了對(duì)PIC單片機(jī)對(duì)信息讀寫、卡類型判斷、計(jì)量信號(hào)判斷與數(shù)據(jù)處理、電壓監(jiān)測(cè)、電源保護(hù)和漏電監(jiān)測(cè)及報(bào)警的實(shí)時(shí)控制功能。系統(tǒng)流程框圖如圖所示。

五、結(jié)束語

經(jīng)過調(diào)試，本設(shè)計(jì)能夠在脫離在線仿真器的情況下，上電后獨(dú)立的運(yùn)行程序，并能在PC機(jī)軟件的控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)IC卡中任意位置的讀寫，其中讀寫的起始地址、讀寫數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)以及數(shù)據(jù)內(nèi)容可以在PC機(jī)端輸入或選擇。 本設(shè)計(jì)硬件電路簡(jiǎn)單，功能齊全，加油精確定量，安全可靠且體積小、成本低廉，是加強(qiáng)部隊(duì)油料管理的絕佳選擇。

最后需要指出的是，本設(shè)計(jì)不僅可以用于飛機(jī)加油系統(tǒng)中，還可以應(yīng)用到部隊(duì)和地方與油料相關(guān)的所有系統(tǒng)中，雖然其具體應(yīng)用到與油料相關(guān)的系統(tǒng)中還要根據(jù)具體環(huán)境和需要做進(jìn)一步的規(guī)劃和改進(jìn)，但是其基本的應(yīng)用價(jià)值已得到體現(xiàn)，希望其優(yōu)良的性能能夠?yàn)椴筷?duì)和地方的油料資源管理作出貢獻(xiàn)。同時(shí)如果該系統(tǒng)能應(yīng)用于地方加油站，就能大大簡(jiǎn)化加油站人力、物力，實(shí)現(xiàn)精確加油，避免浪費(fèi)現(xiàn)象，為節(jié)約能源和提高效率做出貢獻(xiàn)。
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