電磁流量計在實時時鐘電路中的應(yīng)用

1 引言

    隨著電磁流量計在各個行業(yè)中廣泛外應(yīng)用，不同用戶對其功能提出不同要求。在自來水行業(yè)應(yīng)用中，用戶要求電磁流量計具有定時自動抄表和斷電計時功能。新近開發(fā)的一款電磁流量計就能滿足上述要求。該產(chǎn)品與同類電磁流量計zui大不同是加入了實時時鐘電路，從而實現(xiàn)自動抄表和斷電計時功能。本文將對該電路的設(shè)計和應(yīng)用，作一些簡單的介紹。

    2 原理

    該電路的原理如圖1所示。實時時鐘（RTC）的啟動讀寫等控制由CPU完成，CPU將當(dāng)前瞬時流量和累積量值，以及從RTC讀得時間，作為一條完整的信息，存人E²PROM中。用戶需要時可以通過外部網(wǎng)絡(luò)讀取信息，也可以通過儀表菜單查詢。當(dāng)外部供電中斷時，RTC由備用電源供電繼續(xù)工作，這樣保證時鐘始終運行正確，存儲在其RAM中的重要數(shù)據(jù)不會丟失。

    3 硬件實現(xiàn)

    CPU選用ATMEL公司的AT89C5lED2，該芯片具有64K片上程序空間，且有ISP功能，易于對程序加密。其強(qiáng)大的片上功能有助減少外圍器件，簡化設(shè)計。

    實時時鐘芯片采用美國Dallas公司DS1305串行接口實時時鐘。DS1305用BCD碼表示實時時鐘的秒、分、小時、星期、日、月和年的時間信息，內(nèi)部有148個用戶RAM。在本設(shè)計中采用標(biāo)準(zhǔn)的三線接口與CPU進(jìn)行接口。

    E²PROM采用2K字節(jié)的CAT93C86，大容量存儲流量信息，以方便查詢。

    考慮到在實際使用過程中，儀表在絕大部分時間使用外部電源，斷電情況偶爾才出現(xiàn)。所以備用電源采用鋰電池BR2032。比常用CR2032有更寬工作溫度，較小靜態(tài)漏電流，可以長期工作不必更換。

    在RTC的設(shè)計應(yīng)用中晶振使用也很關(guān)鍵。由于受溫度及晶振負(fù)載電容影響，即使晶振只有20ppm誤差，在一個月內(nèi)也將達(dá)到1分鐘誤差。推薦使用6PF負(fù)載電容的32.768kHz晶振。在印制板布線時，晶振與RTC相應(yīng)引腳之間盡量短，外部用地線環(huán)包圍（如圖2所示）。即使信號位于板內(nèi)層，也不允許信號線靠近Xl和X2引腳。晶振設(shè)計詳細(xì)信息可見參考文獻(xiàn)^[3]。

    4 軟件設(shè)計
   
    定時自動抄表實現(xiàn)原理：RTC和CPU相結(jié)合，可以按需要設(shè)定任意時間間隔產(chǎn)生中斷，將當(dāng)前的瞬時流量和累積量存入E²PROM中。這一功能在自來水行特別受歡迎。例如按小時間隔，統(tǒng)計出某個地區(qū)24小時內(nèi)用水狀況，描繪出用水趨勢圖。也可以在每月某個時刻供水網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的流量計自動記錄該時刻流量，再利用通訊功能實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，統(tǒng)計出總流量，從而避免人工現(xiàn)場抄表時間不一致的誤差。

    斷電計時實現(xiàn)原理：在正常情況下，CPU以一定時間間隔將前時間寫入RTC的RAM中。當(dāng)斷電時，RTC的RAM中時間不再更新。重新上電時，由CPU判斷出曾發(fā)生斷電，再從RTC的RAM中得到具體時間點，可以計算出斷電時間長度，作為一條記錄存入E2PROM中。這一功能在供水行業(yè)中防止和記錄客戶惡意斷電很有作用。

    在編寫軟件時，應(yīng)當(dāng)注意的幾個細(xì)節(jié)問題，如：

    在讀RTC時間時，注意某些特殊時刻時間讀取方法。例如當(dāng)前時間為10時15分59秒，如果當(dāng)讀取了10時15分后再讀取秒時間則有可能發(fā)生錯誤，因為秒時間變?yōu)?0秒，則讀取值為10時15分00秒。需要加入糾錯步驟；

    在本設(shè)計中，RTC的RAM中備份有流量計一些重要參數(shù)。當(dāng)自檢時發(fā)現(xiàn)參數(shù)錯誤，則從RTC的RAM中重新下載入CPU，所以RTC數(shù)據(jù)要保證正確。必須采取一些特殊措施。例如同一組數(shù)據(jù)寫在兩個不同地址，以便相互比照。在RAM寫入特定字符，檢查該字符以確定RAM是否受到干擾。

    5 結(jié)束語

    該電磁流量計就其基本功能而言，與同類電磁流量計沒有特殊之處。zui大不同是加入了實時時鐘電路，從而實現(xiàn)自動抄表和斷電計時功能。該項功能在實際使用過程中很受用戶好評，應(yīng)該說具有較高的實用價值。