石英春
（湖南信息职业技术学院电子工程学院，湖南长沙410200）
摘要：为了保证居民用气的安全，提高燃气公司的服务化水平，设计了一种基于RFID（无线射频识别）存储的燃气控制器装置。针对于单显的燃气表一旦电池失效或液晶失效后无法读出表数据，因此无法对之前的燃气用量进行追溯的问题，设计了无线射频存储单元，该单元的作用是保证在不打开燃气表的基础上，通过掌机的RFID读卡模块对该模块供电，从而读出气表内的数据。实验表明，此控制器装置在表计故障之时，可以达到可靠读取数据的目的。
关键词：无线射频识别；燃气控制器；设计
中图分类号：TP文章编号：1006 - 2394( 2016) 04 - 0030 - 02
0 引言
随着城镇化水平的不断提高，居民对燃气的依赖性也越来越普及。燃气行业通过多年来的快速发展，燃气用户数量越来越多。在这种情况下，燃气计量可靠性对燃气公司发展的影响越来越大。对于预付费的电子产品，一方面，在使用过程中，可能遇到电池没电或者主控制芯片停止工作的情况，在这种情况下，保存在表中的数据不利于取出；另一方面，原有的脉冲式计量方式精度不高，这样会给燃气公司带了很大的困扰，增加不必要的纠纷出现。
1设计思想
RFID燃气控制器装置是基于开发一款智能安保功能、实现精确计量、IC卡预付费的燃气计量设备。由于当前很多燃气公司对于单显的计量设备存在一旦电池失效或液晶失效后无法读出表数据，无法对之前的燃气用量进行追溯的顾虑，本文设计了一款基于RFID EEPROM的存储单元。当计量设备无法供电或液晶失效后，能够在不打开燃气表的基础上，通过掌机
的RFID读卡模块对该模块供电，从而读出气表内的数据。
2硬件设计方案
燃气控制器装置采用模块化设计，整个系统由多个单元组成，分别是：MCU主控单元、RFID模块单元、计量单元、存储单元和IC卡预付费单元等。
2.1 MCU主控单元
MCU主控单元采用TI半导体公司（德州仪器）的16位430系列单片机，它具有极低的电源功耗，140μA/MHz，3.0 V，活动模式；它内部资源丰富，带有128 KB的FLASH存储器，16位的定时器，内部带有液晶驱动器，并最多可以外接300段以上的液晶显示；带有3路硬串口，两路SPI接口，带有标准的JTAG升级接口和两线制的简化接口；宽电压工作范围：1.8~3.6 V；温度范围：-40℃~85℃。控制器装置内部组成框图如图1所示。
2.2 RFID模块
该模块的基本原理是利用一块既有RFID无线通道，又有I2C通道的EEPROM芯片，平时通过I2C通道定时将气表的气量数据保存在该EEPROM芯片内部，当主板单元整个无法工作时，仍然可以通过RFID通道读出气表的气量数据。
目前采用ST的M24LR04E-R的芯片方案，内部空间512字节，支持13.56 MHz的HF和I2C双通道操作，采用技术比较成熟的13.56 MHz的读卡器设计，能简单的将读卡模块集成到掌机中；缺点是由于频率较低，天线设计尺寸会比较大。RFID模块电路如图2所示。
2.3燃气计量单元及原理
计量采用隧道磁电阻传感器的方式，推挽式双极锁存输出，从而消除了输出的抖动。超低功耗，在连续工作时，功耗小于3 μA;高频率响应可达1 kHz;器件在1.5～5.5 V之间均可工作。
将TMR传感器安装在位于气表机械叶轮侧面位置，气体带动该磁环旋转。磁电阻传感器位于磁环正上方，彼此成450，当磁环旋转时，TMR1、TMR2输出的信号如图3所示。
具体的工作过程为：基表中环形磁铁的N极靠近磁敏传感器时，磁敏传感器输出低电平；当环形磁铁的S极靠近磁敏传感器时，磁敏传感器输出高电平。两个磁敏传感器将采样到气量信息以方波信号的形式传输到CPU主控单元，微处理器通过接收来自两个磁敏传感器传来的高低不同的电平信号，得到相应的脉冲数，换算成相应的转动圈数，由此获得相应的气量信息。
由于两个磁敏传感器相差一定的角度，使得在双磁极环形磁铁旋转一周时，可以获得8个磁场状态量。当气表内部机芯每旋转一周，两个磁敏传感器共输出一组8个状态数据，即01、11、10、00、01、11、10、00;CPU主控单元将用量信息数据传输至数据存储设备的存储区进行累加，得到实际用水量的信息数值。
2.4 IC卡预付费模块单元
l C卡部分采用I/O脚模拟SLE4428卡数据时序。为降低整机功耗，同时为防止IC卡插入过程中短路损坏卡片，IC卡控制单元平时不供电。IC_SW_OUT脚在定时唤醒器件输出高电平信号，同时检测l C -SW-IN信号，当检测到IC_SW_IN信号为低时，说明IC卡已插到位，此时控制IC_PWR_CTR脚拉低，IC卡控制单元开始供电。
3软件设计方案
软件设计采用模块化程序设计方案，将各个模块的功能单独封装，以方便调试和检查。主要包括计量模块、通信模块、液晶显示模块、数据存储模块、IC卡读写模块等，各模块的独立设计保证了软件良好的稳定性和可移植性。采用C语言在IAR for MSP430集成环境中编辑、编译连接、调试后，直接通过JTAG接口将程序下载到16位单片机中。软件设计按照气表每走整立方米气量保存一次数据，EEPROM的擦写次数在1，000，000次左右，能保证记录10年以上数据，软件设计上无需多做考虑。
软件整体框图如图4所示。
4结束语
在燃气控制器装置的设计开发过程中，目前经历了设计、样机开发、样机验证等阶段，各项功能指标达到了设计要求，一方面在无电源供电的情况下，通过掌机的RFID读卡模块对该模块供电，读出气表的流量数据；另一方面在计量的过程中，通过采用隧道磁电阻传感器，使计量精度达到0. 000 1 m3。本文对存储方式和计量方案进行了创新，采用既有RFID无线通道，又有I2C通道的EEPROM芯片；同时采用了非接触的磁场检测技术，可以了解到用户的真实用气情况。基于MSP430单片机的燃气控制器装置功能完备、操作方便、性能可靠，适合于在燃气行业中广泛的推广和应用。
