基于MSP430單片機的新型智能IC卡天然氣表設計

摘要：為了提高天然氣表的計量精度，實(shí)現精準計量的目的，采用靶式流量計作為信號采集模塊，通過(guò)測量水流中產(chǎn)生連續壓力信號的方法測量水流量，基于MSP430單片機開(kāi)發(fā)了一種低功耗新型智能IC卡天然氣表。該設計具有始動(dòng)流量小、計量精度高、功耗低，性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，對于提高天然氣表的計量精度，實(shí)現點(diǎn)滴計量具有重要意義。
關(guān)鍵詞：智能天然氣表；靶式流量計；MSP430；點(diǎn)滴計量

0 引言
隨著(zhù)單片機技術(shù)的日趨成熟，在新型天然氣表的開(kāi)發(fā)設計中采用單片機技術(shù)，開(kāi)發(fā)智能型天然氣表已經(jīng)成為一種趨勢。傳統智能天然氣表的設計思想為：將機械信號轉化為電子信號，通過(guò)數據采集接口傳遞給單片機，由單片機來(lái)控制特制閥門(mén)的開(kāi)閉。其中的關(guān)鍵技術(shù)是通過(guò)脈沖傳感將機械計量數據轉化為電子數字數據，如霍爾傳感器、光電傳感器、干簧管傳感器、韋根傳感器、渦輪傳感器等。脈沖傳感器在信號變換和累計過(guò)程中易受外部機械振動(dòng)、電磁干擾、電源等因素影響，使系統計量精度受到限制，難以精確計量，測量結果誤差較大。
本文提出了一種采用靶式流量計通過(guò)測量靶的壓力來(lái)測量流量，基于MSP430單片機的低功耗智能IC卡天然氣表的設計方法。采用MSP430 F413單片機作為中央處理器對靶式流量計采集的信號進(jìn)行處理，實(shí)現用氣量計量、總用氣量累計、月用氣量統計、天然氣費計算與管理(報警金額、基礎用氣量、計劃用氣量)，以及閥門(mén)控制等功能。

1 低功耗智能天然氣表的工作原理及功能
新型智能天然氣表采用低功耗、高性能單片機處理器，配以家用天然氣表，采用靶式流量計測量流量的方式自動(dòng)計量用戶(hù)用氣量，實(shí)現“先付費、后用氣”的預付費控制功能。它可預置關(guān)閉閥門(mén)時(shí)門(mén)限氣量，當剩余氣量等于規定的關(guān)閉閥門(mén)報警氣量時(shí)，將自動(dòng)切斷用戶(hù)天然氣，給用戶(hù)提示，并允許插卡恢復供天然氣。當剩余氣量為零時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)。若允許用戶(hù)透支，則插卡恢復用氣直至使用完透支氣量后才關(guān)閥。用戶(hù)每次將購氣卡插入表后，天然氣表LCD顯示剩余氣量、累計用氣量、天然氣表狀態(tài)等相關(guān)信息，并將這些信息返寫(xiě)到購水卡中，以供售水管理系統入庫、查詢(xún)。同時(shí)還對電源、表殼安全等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監視，并進(jìn)行相應的安全處理。

2 低功耗智能天然氣表控制系統硬件的組成
新型天然氣表的控制系統組成如圖1所示，主要分為以下幾個(gè)部分：主控CPU、靶式流量計、信號放大電路、閥門(mén)控制系統、IC卡通信系統、電源監控系統、液晶顯示、安全監控及聲音報警等子系統。

2．1 MSP430F413單片機簡(jiǎn)介
MSP430F413是美國TI公司推出的超低功耗FLASH型16位RISC指令集單片機，具有豐富的片內外圍，是一款性?xún)r(jià)比極高的單片機。MSP430單片機具有如下特點(diǎn)：
(1)低電壓、超低功耗。MSP430 F413單片機在1．8～3．6 V電壓、1 MHz的時(shí)鐘條件下運行時(shí)，其工作電流根據工作模式的不同在0．1～400μA之間。
(2)強大的處理能力。MSP430F413單片機采用RISC指令集，27條內核指令，具有豐富的尋址方式(7種源操作數尋址、4種目的操作數尋址)；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算；有較高的處理速度。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。
(3)豐富的片內外設。MSP430F413具有FLL+(頻率鎖相環(huán))時(shí)鐘系統，看門(mén)狗，帶有三個(gè)捕獲／比較寄存器的16位定時(shí)器(Timer-A)，片內比較器，96段LCD驅動(dòng)器，48個(gè)通用I／O引腳，并且端口P1和P2具有中斷能力，每一引腳都可以單獨選擇中斷觸沿、單獨允許中斷。MSP430F4 13集成了較豐富的片內外設。
(4)高效的開(kāi)發(fā)方式。MSP430F413具有FLASH存儲器JTAG接口，支持在線(xiàn)仿真和編程，能夠利用仿真器實(shí)現程序的在線(xiàn)調試與下載。MSP43 0F413為工業(yè)級的，運行環(huán)境溫度為-40～+85℃，因此很適合作為便攜儀表和水、電表的主控芯片。