基于MSP430F413的IC卡式智能水表的研制

BillScot2

摘要:设计并实现了一种基于MSP430F413单片机的IC卡式智能水表,在原有智能水表基础上实现了阶梯式水价计费和故
7 Z" e# v2 H( v1 h9 i6 M障检测等功能,有效解决了当前收费和节约用水等问题。给出了IC卡智能水表组成结构及硬软件。
关键词: MSP430F413单片机;IC卡;智能水表;预付费
& [3 m3 p  u# z+ T' m, Z3 {引言
当前水资源缺乏是世界性的难题,水资源短缺将会成为制
约国民经济和社会发展的重要因素。目前我国水资源形势是资
源性的短缺与使用上的浪费并存,而价格是资源优化配置的调
节杠杆,因此合理的水价是节约用水的关键。
  z/ `: R. s5 S+ O3 T8 g# k为适应国家用水制度的改革,在原有智能水表的基础上,增
9 s" q2 `$ g2 W加了阶梯计费复费率核算功能。水表接收阶梯水价的相关用水
参数，根据水表当月用水量的变化，实时调整水表内部的当前
(阶梯)单价,并根据用水参数和当月内的用水量实时地核算出
水表内的剩余金额，方便水表用户和供水部门的管理。减轻供水
/ ?/ k9 O; t  A% {部门因“先供水后收费”造成的资金压力和社会存在的水资源
浪费,本文研制的IC卡智能水表系统可有效地解决上述问题。
' x1 F$ U5 K. g/ _" P1 y/ e1系统组成及工作原理
# C: y' H8 t" H  N4 A基于MSP430F413的IC卡式智能水表组成如图1:
! |+ J: I; w# \% v图1系统组成框图
/ p# ]& r/ z# [* o4 ~+ G8 Z3 zIC卡智能水表是通过计量及控制流经自来水管道水的体
' X! w1 ?( o7 k& z; I* u积总量来工作的。当有计量脉冲到来时，单片机由睡眠转为工作
% s* ?+ h7 t: D" n6 O! ^5 A' Y/ o
状态,通:过微处理器进行相应的计费处理:既当用户在单位时间
, n& s! e  X2 O5 x  Y$ V/ V7 G3 o段(一般按月计算)用水达到- -定吨限时,随着用水量的增加水
价格呈阶梯状上升变化，用水量越多,所使用的水价就越高。水
表接收阶梯水价的相关用水参数，实时调整水表内部的当前
(阶梯)单价,并根据用水参数和当月内的用水量实时地核算出
! y( c  _$ ~0 Q5 a# g水表内的剩余金额等用水数据。当用户用水的剩余量达到预设
8 _& V  S9 i) A的告警量时(告警量由水表管理部门设定) ,水表会自动关阀告
  V! `7 {- n, G' \警,从而提醒用户尽快购水。当将已充值的IC卡插人水表内进
+ S# z- X5 {5 q, w  B7 |- f7 m! Y行充值时,IC卡水表内单片机首先识别IC卡密码并确认无误
后,读入所购水金额并与水表内剩余金额累加,水表根据售水部
门的阶梯水价,实时计费、定期结算。结算后当前用水量归零,总
用水量实时累计并写入IC卡水表内存储器,进而控制电磁阀
开启，充值完毕水表的工作状态和充值金额会在液晶显示器上
- _0 z* U7 X6 L0 Q) K* N显示,当人为拆卸水表或剩余水量低于设定值时,水表报警并及
% L0 P0 T  h+ n时关掉阀门,同时将数据保存在内部Flash中。
9 l  N3 ~8 j) `7 z6 a- V2硬件设计
- z4 l+ k/ r8 X/ gIC卡智能水表的硬件系统主要包括以下电路:微处理器、
: r/ G, e9 n2 {IC卡接口、液晶显示器、水表检测、电源检测、电控阀控制接口
及声音报警电路等。
# c8 G" B2 `) H$ d(1)微处理器。微处理器是整个智能水表的核心,它担负着
1 P$ S& E* `! b, E信息判断、识别运算、处理等工作。经过性能、质量、价格的多方
对比，微处理器选用TI公司的MSP430F413单片机。该单片机
" J0 [& G4 V4 i: R% R( u# R是一种超低功耗Fash型16位RISC指令集单片机，具有丰富
) }) e  c! Z" i! ], U的片内外围，工作电压为1.8V ~ 3.6V，内置LCD驱动器24 x4
段,可以缩小体积、降低成本,它特别适合应用在各种要求低功
耗的场所,如应用在电池或手持设备上。
* r& v, X' J8 D0 Y9 h2 r(2) IC卡接口。从节约成本的角度出发, IC卡接口采用的
是复旦微电子股份有限公司出品的FM4442存储卡。它采用0.6
1 ~: [3 |- m% h微米CMOS EEPROM工艺，内部有256字节用户存储器,32字
节写保护区及3字节编程安全认证码。外围接口遵循IS07816
协议标准(同步传输)。充分利用其内外部资源,用户存储器存
储用户水量;保护存储区和加密存储器的编程可实现IC的个性
, Q" `# s2 C* W6 U+ j


% z( J, v: T7 T3 @; m* n/ n8 B/ w附件下载：

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Monika

随着用水量的增加水价格呈阶梯状上升变化，用水量越多,所使用的水价就越高