非接觸式Mifarel卡預付費智能水表設計

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

M1卡智能水表的工作原理是，在普通轉盤(pán)計數的水表中加裝干簧管和永磁鐵，雙干簧管固定安裝在計數轉盤(pán)上方附近，永磁鐵安裝在計數盤(pán)(本系統O．01 m3)位上，計數盤(pán)每轉一圈，永磁鐵經(jīng)過(guò)雙干簧管各一次，在信號端產(chǎn)生兩個(gè)計量脈沖。當接收到有效計量脈沖時(shí)，單片機由休眠模式轉為工作模式，由微處理器執行相應的計費程序。水表內預先存儲階梯水價(jià)及相關(guān)用水參數，這是由“設置卡”完成的，智能水表能根據當月用水量實(shí)時(shí)地核算出水表內的剩余金額。當用戶(hù)用水剩余量小于預設的報警量時(shí)(報警量由水表管理部門(mén)設定)，水表自動(dòng)報警，并提醒用戶(hù)盡快購水。當將已充值的M1卡貼近感應區對水表內進(jìn)行充值時(shí)，水表內單片機首先識別M1卡密碼并確認卡表匹配無(wú)誤后，讀入所購水金額并與水表內剩余金額累加，水表根據售水部門(mén)的階梯水價(jià)，實(shí)時(shí)計費、定期結算。結算后當前用水量歸零，總用水量實(shí)時(shí)累計，并寫(xiě)入M1卡水表內存儲器，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。當遇到人為拆卸水表或剩余水量低于透支量時(shí)，水表自動(dòng)關(guān)閥，同時(shí)將數據保存在內部FIash中。

2 硬件設計
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卡感應天線(xiàn)、液晶顯示電路、閥門(mén)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
本設計微處理器選用TI公司的MSP430F413單片機，該單片機是一種超低功耗Flash型16位RISC指令集單片機，具有豐富的片內外圍，工作電壓為1．8～3．6 V，內置LCD驅動(dòng)器24×4段，可以縮小體積、降低成本，特別適合應用在各種要求低功耗的場(chǎng)所。
2．2 脈沖采集電路
本設計使用了雙干簧管傳感器，即當檢測到一個(gè)干簧管吸合時(shí)，先記錄下來(lái)，再檢測另一個(gè)干簧管，只有檢測到另一個(gè)干簧管吸合后才認為信號有效，也就是說(shuō)單一的一個(gè)干簧管即使多次閉合也無(wú)效，從而有效地解決了臨界點(diǎn)顫動(dòng)而誤發(fā)信號的問(wèn)題。同時(shí)，這種設計還可以有效防止人為附加磁鐵而造成的計數不準，因為當微機檢測到兩管同時(shí)閉合時(shí)，便認為有外磁干擾，停止計數并同時(shí)報警。2個(gè)容量為0．01μF的電容用來(lái)消除雙干簧管閉合時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)。接線(xiàn)原理圖如圖2所示。

2．3 FMl702基站芯片電路及M1卡感應天線(xiàn)
讀卡芯片為FMl702SL，由復旦微電子股份有限公司設計，是基于ISO14443標準的非接觸卡讀卡機專(zhuān)用芯片，采用O．6μm CMOS EEPROM工藝，支持IS014443 typeA協(xié)議MI―FARE：標準的加密算法。其接口電路如圖3所示。

2．4 液晶顯示電路及顯示器
MSP430F413單片機內置1個(gè)24×4段的液晶顯示驅動(dòng)器。液晶顯示電路及顯示器如圖4所示。本設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，漢字數字協(xié)調美觀(guān)。液晶顯示器作為水表的輸出接口，除了顯示電磁閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、表內剩余金額(當余額顯示為負時(shí)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(jià)時(shí)每種水價(jià)水量的上限)顯示、單價(jià)(當前水價(jià))顯示、當前日期及時(shí)刻之外，還具有提醒用戶(hù)及時(shí)充值及顯示錯誤信息的功能。如表示強磁干擾，閥門(mén)將會(huì )關(guān)閉；表示欠壓狀態(tài)，提醒更換電池。