非接觸式Mifarel卡預(yù)付費智能水表設(shè)計

1 水表組成及工作原理
基于MSP430F413的M1卡智能水表系統(tǒng)組成原理如圖1所示。

M1卡智能水表的工作原理是，在普通轉(zhuǎn)盤計數(shù)的水表中加裝干簧管和永磁鐵，雙干簧管固定安裝在計數(shù)轉(zhuǎn)盤上方附近，永磁鐵安裝在計數(shù)盤(本系統(tǒng)O．01 m3)位上，計數(shù)盤每轉(zhuǎn)一圈，永磁鐵經(jīng)過雙干簧管各一次，在信號端產(chǎn)生兩個計量脈沖。當(dāng)接收到有效計量脈沖時，單片機(jī)由休眠模式轉(zhuǎn)為工作模式，由微處理器執(zhí)行相應(yīng)的計費程序。水表內(nèi)預(yù)先存儲階梯水價及相關(guān)用水參數(shù)，這是由“設(shè)置卡”完成的，智能水表能根據(jù)當(dāng)月用水量實時地核算出水表內(nèi)的剩余金額。當(dāng)用戶用水剩余量小于預(yù)設(shè)的報警量時(報警量由水表管理部門設(shè)定)，水表自動報警，并提醒用戶盡快購水。當(dāng)將已充值的M1卡貼近感應(yīng)區(qū)對水表內(nèi)進(jìn)行充值時，水表內(nèi)單片機(jī)首先識別M1卡密碼并確認(rèn)卡表匹配無誤后，讀入所購水金額并與水表內(nèi)剩余金額累加，水表根據(jù)售水部門的階梯水價，實時計費、定期結(jié)算。結(jié)算后當(dāng)前用水量歸零，總用水量實時累計，并寫入M1卡水表內(nèi)存儲器，充值完成后水表的工作狀態(tài)和充值金額顯示在液晶顯示器上。當(dāng)遇到人為拆卸水表或剩余水量低于透支量時，水表自動關(guān)閥，同時將數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部FIash中。

2 硬件設(shè)計
M1卡智能水表的硬件主要包括微處理器、脈沖采集電路、FMl702基站芯片電路及M1卡感應(yīng)天線、液晶顯示電路、閥門控制電路、水表檢測、電源檢測及聲音報警電路等。
2．1 微處理器
本設(shè)計微處理器選用TI公司的MSP430F413單片機(jī)，該單片機(jī)是一種超低功耗Flash型16位RISC指令集單片機(jī)，具有豐富的片內(nèi)外圍，工作電壓為1．8～3．6 V，內(nèi)置LCD驅(qū)動器24×4段，可以縮小體積、降低成本，特別適合應(yīng)用在各種要求低功耗的場所。
2．2 脈沖采集電路
本設(shè)計使用了雙干簧管傳感器，即當(dāng)檢測到一個干簧管吸合時，先記錄下來，再檢測另一個干簧管，只有檢測到另一個干簧管吸合后才認(rèn)為信號有效，也就是說單一的一個干簧管即使多次閉合也無效，從而有效地解決了臨界點顫動而誤發(fā)信號的問題。同時，這種設(shè)計還可以有效防止人為附加磁鐵而造成的計數(shù)不準(zhǔn)，因為當(dāng)微機(jī)檢測到兩管同時閉合時，便認(rèn)為有外磁干擾，停止計數(shù)并同時報警。2個容量為0．01μF的電容用來消除雙干簧管閉合時產(chǎn)生的抖動。接線原理圖如圖2所示。

2．3 FMl702基站芯片電路及M1卡感應(yīng)天線
讀卡芯片為FMl702SL，由復(fù)旦微電子股份有限公司設(shè)計，是基于ISO14443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)專用芯片，采用O．6μm CMOS EEPROM工藝，支持IS014443 typeA協(xié)議MI―FARE：標(biāo)準(zhǔn)的加密算法。其接口電路如圖3所示。

2．4 液晶顯示電路及顯示器
MSP430F413單片機(jī)內(nèi)置1個24×4段的液晶顯示驅(qū)動器。液晶顯示電路及顯示器如圖4所示。本設(shè)計中選用的液晶顯示器是定制生產(chǎn)的字符式液晶顯示器，其視屏尺寸是65 mm×40 mm液晶顯示，漢字?jǐn)?shù)字協(xié)調(diào)美觀。液晶顯示器作為水表的輸出接口，除了顯示電磁閥門的開關(guān)狀態(tài)、表內(nèi)剩余金額(當(dāng)余額顯示為負(fù)時表示水表處于透支狀態(tài))、累積用水量、電池狀態(tài)、本月累積用水量、分段(階梯水價時每種水價水量的上限)顯示、單價(當(dāng)前水價)顯示、當(dāng)前日期及時刻之外，還具有提醒用戶及時充值及顯示錯誤信息的功能。如表示強(qiáng)磁干擾，閥門將會關(guān)閉；表示欠壓狀態(tài)，提醒更換電池。