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IC卡智能水表研制

文章出處:http://m.overnightmodel.com 作者:趙四海   人氣: 發(fā)表時間:2011年10月24日

[文章內(nèi)容簡介]:IC卡智能水表研制

摘要 介紹了IC卡智能水表的硬件設(shè)計和軟件流程。該表具有較高的可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命,可實現(xiàn)預付費供水、遠程傳輸和遠程控制。

0 引言

IC卡預付費水表是以傳統(tǒng)水表為母表,用單坐上琴心機實現(xiàn)用水控制的新型儀表。該儀表的單坐上琴心機控制電路需在原水表的基礎(chǔ)上重新設(shè)計控制盒并與水閥組裝在一起。為了提高IC卡水表精密性、可靠性和穩(wěn)定性,在設(shè)計中采用了人性化設(shè)計理念。在降低功耗、提高使用壽命、降低成本的同時,不但能實現(xiàn)預付費,還能實現(xiàn)遠程控制和信息的遠程傳輸。

采用Microchip公司新推出的單片機PIC16C72,以實現(xiàn)水表的智能化,該水表具有自動計數(shù)、自動供水斷水、自動保存數(shù)據(jù)、自動報警、限制日用水量等功能。

1 硬件設(shè)計

圖1是系統(tǒng)的硬件原理框圖,主要包括PIC16C72單片機、掉電檢測電路、脈沖采樣電路、存儲器、IC卡接口、閥門控制電路、顯示電路和電源電路等。為了降低功耗,芯片全部選用CMOS低功耗器件。

圖1硬件原理框圖

1.1 單片機

PIC16C72 是一種帶2K存儲器的低電壓、高性能8位單片機,低功耗的閑置和掉電工作模式。該芯片的主要特征是:2.0-6.0V寬工作電壓,低功耗狀態(tài)電流小于5 A,自還上電復位電路,內(nèi)設(shè)電子看門狗,配有異步串行通信口,提供2個定時計數(shù)器,全部指令為單字節(jié)指令,采用ASIC結(jié)構(gòu);內(nèi)部有程序加密形狀,保密性高。一次性編程芯片價格十分低廉,適用于研制與批量生產(chǎn)。

1.2 掉電存儲器

EEPROM電可擦除存儲器是系統(tǒng)中的關(guān)鍵電路。它不僅可保證停電時系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的可靠保存,還能防止程序意外跑飛造成RAM區(qū)數(shù)據(jù)丟失,它是提高系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。本系統(tǒng)EEPROM采用AT93C46,它的存儲容量為1024位,內(nèi)部為128×8位或64×16位。93C46為串行三線SPI操作芯片,在時鐘時序的同步下接收數(shù)據(jù)口的指令。指令碼為9位十進制碼,具有7個指令,人心所向讀、擦寫使能、擦除、寫、全擦、全寫及擦除禁止。該芯片擦寫時間快,有擦寫使能保護,可靠性高,擦寫次數(shù)可達100萬次,非常適用于數(shù)據(jù)量不大的水表系統(tǒng)。圖2給出了93C46與單片機的接線圖。



圖2 93C46與單片機接線圖

1.3 IC卡接口電路

IC卡選用西門子公司生產(chǎn)的SLE4442,該芯片內(nèi)部設(shè)有硬件邏輯判斷電路,數(shù)據(jù)區(qū)分為用戶區(qū)、密碼區(qū)、存儲區(qū)等,存儲區(qū)數(shù)據(jù)訪問需先比較密碼,在密碼比較錯誤4次后芯片自鎖,有較高的安全等級。

圖3為CPU與IC卡的接線圖,圖中采用I2C總線形式,支持ISO/7816-3同步輿協(xié)議。在實際使用中,為防止插入鐵片等異物,VDD應(yīng)用CPU口單獨控制。IC卡存儲器內(nèi)可存儲用戶碼。購水度數(shù)或金額等數(shù)據(jù),在每次拉入IC卡時,開關(guān)S被閉合,通過中斷口單片機被喚醒并讀IC卡。在確認IC卡為合法時,讀取其中水度數(shù)并與表內(nèi)相加,這樣IC卡就代替了過去人工抄表收費的全部工作。


圖3 CPU與IC卡接線圖

1.4 顯示電路

系統(tǒng)為降低功耗,采用LCD顯示,而PIC16C72沒有驅(qū)動LCD能力,因此采用HT162LCD驅(qū)動專用芯片。該芯片可在靜態(tài)或動態(tài)方式下工作,最大可驅(qū)動128像素,睡眠狀態(tài)電流小于9 A,與單片機連接只需3個口線。

1.5 其它

①脈沖采樣。水表中有機械轉(zhuǎn)輪,采用于簧管與磁鐵配合,可完成脈沖采樣,CPU在測試脈沖時需加軟件防抖動程序。

②掉電檢測電路。采用HT7039芯片,只需消耗1 A電流可完成電池失壓檢測。這里也可使用MAX810等芯片。

③電源。系統(tǒng)采用外接三節(jié)5號電池供電。其內(nèi)部備用1.2Ah鋰電池,使用時外接電池接好后,系統(tǒng)供水,若外接電池失壓,立即關(guān)閥,備用電池確保閥門安全關(guān)閉。單片機睡眠后靜態(tài)電流在10 A以下,普通電池可使用1年以上。

2 軟件設(shè)計

軟件由主程序、掉電中斷程序、脈沖中斷程序和IC卡中斷程序組成,圖4、圖5、圖6和圖7分別為4個程序的軟件流程圖。

圖4 主程序流程圖


圖5 掉電中斷流程圖


圖6 脈沖中斷流程圖


圖7  IC卡中斷流程圖

主程序主要完成水量多少及關(guān)閥判斷,平時處于睡眠狀態(tài)。當表內(nèi)剩余水量秋5m3時,表內(nèi)蜂鳴器發(fā)出提示音,以提醒用戶水量剩余不多,請速購水。表內(nèi)剩余量為0時,切斷閥門,停止供水,從而完成用水必須先交費的方式。掉電中斷程序是CPU在檢測到電池失壓后,將RAM區(qū)的所有數(shù)據(jù)寫入EEPROM中,以保證下次上電安全讀出。IC卡中斷程序在用戶插入IC卡時,讀取卡中數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)的合法性進行判別后,執(zhí)行購水量的累加,并打開閥門恢復供水。脈沖中斷是最簡單的程序,保證水量的正確計算。3個中斷均可喚醒CPU,主程序在被喚醒后,執(zhí)行一次程序后進入睡眠狀態(tài)。

在設(shè)計中注意了低功耗設(shè)計??蓪⒋鎯ζ?、IC卡電源口用CPU控制,每當讀寫時才供電,不僅可降低功耗,而且防止IC卡口插入鐵片造成電源短路情況發(fā)生。

為防止水閥長時間不工作造成銹死,可每隔一段時間CPU自動形狀閥一次,防止閥門生銹。

參考文獻

1 竇振中. PIC系列單片機原理和程序設(shè)計. 北京: 北京航天航空大學出版社, 1998

2 邵建平. 智能開發(fā)者指南. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2000

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