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2020年02月25日 | 基于PIC单片机的精确加油系统设计
2020-02-25 来源：elecfans
一、引言
当前，能源已成为制约很多国家发展的瓶颈，特别是广大发展中国家，能源紧缺现象逐步凸现，世界各国对石油资源的争夺不断加剧，甚至引发局部战争;作为最大的发展中国家，我国必须在实现能源来源多元化的同时，加强对已有资源的有效管理和使用，杜绝浪费和无效流失现象。传统的人工加油的方式由于受人的影响较大，不仅加油量误差较大，且容易造成少加、错加、加冒等人为差错。而该系统的优点： 1、精确定量加油 2、节约人力 3、节约时间 4、安全可靠 5、体积小 6、成本低廉;可有效避免传统加油方式的缺点。
二、工作原理
本论文所设计的精确加油系统是在传统加油管上安装智能测控系统而构成的，该测控系统主要由PIC单片机、IC卡、计量电路、电控系统以及油路控制阀、漏电检测与报警电路系统等组成。 当用户将含有油量(以加密数值形式表示)的IC卡插入表内时，控制阀在电控系统控制下开通油路。飞机每用一个计量单位，计量电路便发出一组等周期计量脉冲序列，该脉冲序列如经电控系统判定为有效，即可以从油量中减去一个计量单位，并通过液晶模块显示表内剩余油量。当剩余油量为零时，控制阀自动关闭，油路即被切断，此时须重新持卡充值。在正常情况下控制阀处于接通态，只有当特殊事件发生时控制阀才从接通态变为关闭态。
三、硬件规划
精确加油系统由低功耗单片机(PIC16C57)、IC卡读写控制电路、EEPROM存储电路、液晶显示、电源电压监测电路、电源保护电路、漏电检测及报警电路等组成。硬件系统总体规划如下图所示：
1、 PIC单片机及电路组成
PIC单片机是MicroChip公司近年来推出的新型单片机系列。它采用先进的RISC技术，具有低价格、低功耗、高性能、全静态、易使用等特点，目前已在仪器仪表、工业自动化、计算机通讯以及民用产品等领域得到广泛应用。本设计中采用了PIC系列中的主流型号PIC16C57作为电路系统的控制核心。该单片机在静态时处于低功耗睡眠状态，功耗小于3uA。当接收到计量脉冲或有IC卡操作时，单片机由睡眠态转为工作状态。在本系统中，单片机通过C5、C6口以I2C总线方式对IC卡进行读写操作，以模拟I2C方式与存储器IC2进行数据通讯，并通过B2、B4口分别获取实时电池电压及电源保护信号，通过输出口B6、B7控制电控阀动作，通过输出口A0、A1驱动汉字液晶模块。
2、IC卡及读写电路
IC卡由于具有存储容量大、数据保密性好、抗干扰能力强、操作速度快等突出优点，近年来在世界范围内得到广泛应用。本系统采用符合ISO7816国际标准的IC卡，用于可靠存储用户密钥、油量、用油记录等关键数据。单片机通过IC卡读写电路完成对IC卡信息的读写，本读写电路在卡口保护、辅助伪卡识别、确保准确安全读写IC卡信息等方面都进行了精心而合理的设计。
3、EEPROM存储电路
EEPROM存储器IC2采用24LC02B芯片，该芯片可以在无电源状态下长期可靠存储系统内重要数据，工作寿命可达106次。当用户卡插入系统时，卡内密码、卡号、油量及用户用油记录等关键数据将以密文形式存储在24LC02B芯片中。
4、液晶显示
液晶显示电路采用PHILIP标准I2C通讯块制作，可汉字显示欠压、充值、关阀、卡误和油量五种信息状态及其任意组合。
5、电源电压监测电路
系统采用S80751芯片进行电压实时监测，当系统电池电压在正常值时，S80751的输出1脚为高电平;当电池电压低于保护值时，该芯片的1脚变为低电平，单片机检测到该信号后，即控制液晶模块显示欠压，以提醒用户更换电池。
6、电源保护电路
为有效保护系统电源，本电路可对电池盒位置进行高灵敏检测。当电池盒被拉开时，保护电路输出低电平，单片机监测该信号后，即控制阀门使其关断。直到电池安装好并将电池盒推入表内正常位置时，单片机才会再次控制阀门使重新开阀供油。
7、漏电检测及报警电路
由于电控系统工作场合复杂，因此需具备漏电检测与报警功能。漏电检测由漏电检测线圈的输出经整形后输入到RC6口，电路原理图如图 (a)所示。当漏电流超过一定阈值时，比较器输出低电平，否则保持高电平，再通过一单稳态触发器电路产生如图 (b)所示波形，低电平保持时间t可由单稳态触发器进行调整设定。在本系统中t为10ms，由于PIC16C57没有中断功能，因此程序中必须每隔一定时间(小于10ms)对RC6口进行查询，以检测是否漏电，一旦检测到RC6变低，经过确认后进行报警，同时关闭控制阀。PIC16C57本身具有看门狗定时器，当系统出现异常时，能自动进行掉电保护和系统复位。
图 (a)电路原理图
图 (b)波形图
四、系统软件设计
系统软件采用PIC16C5X精简指令集编写。软件设计紧密结合精确加油系统的工作原理，充分体现了对PIC单片机对信息读写、卡类型判断、计量信号判断与数据处理、电压监测、电源保护和漏电监测及报警的实时控制功能。系统流程框图如图所示。
五、结束语
经过调试，本设计能够在脱离在线仿真器的情况下，上电后独立的运行程序，并能在PC机软件的控制下，实现对IC卡中任意位置的读写，其中读写的起始地址、读写数据的个数以及数据内容可以在PC机端输入或选择。 本设计硬件电路简单，功能齐全，加油精确定量，安全可靠且体积小、成本低廉，是加强部队油料管理的绝佳选择。
最后需要指出的是，本设计不仅可以用于飞机加油系统中，还可以应用到部队和地方与油料相关的所有系统中，虽然其具体应用到与油料相关的系统中还要根据具体环境和需要做进一步的规划和改进，但是其基本的应用价值已得到体现，希望其优良的性能能够为部队和地方的油料资源管理作出贡献。同时如果该系统能应用于地方加油站，就能大大简化加油站人力、物力，实现精确加油，避免浪费现象，为节约能源和提高效率做出贡献。
史海拾趣
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