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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* ^. m0 t6 Y- n, `3 @- H
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。
# n$ }9 f, Y, i5 R# O" J关键词: MSP430F413单片机;IC卡;智能水表;预付费
5 [% }- X( n0 I( l3 F引言
K0 L4 ?# L9 T$ O5 ^) o当前水资源缺乏是世界性的难题,水资源短缺将会成为制* E* ~! F# ~( {: t
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
) y1 y2 F' N& G- o7 u& z4 P/ a$ A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) J* R( v: L' }7 D' ^8 K
节杠杆,因此合理的水价是节约用水的关键。. M+ c" H4 ^; x r+ |+ m9 M
为适应国家用水制度的改革,在原有智能水表的基础上,增% l) L; m$ P! ]- Y# D3 \% {
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
) U0 d% L, f" B5 {! ?' p1 Z( k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6 i" E! Q- s% N; _% {2 R
(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
: O g c( G$ F( A/ o. A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+ T1 d8 U! C* Y! ^1 J4 _* e6 k
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
0 G7 v3 f9 v; u5 J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。
* A: G: \. h, J- ]# S+ ^, ]6 T1系统组成及工作原理" |8 w/ d/ @- q. @0 I1 ?. e4 l0 w. f6 O
基于MSP430F413的IC卡式智能水表组成如图1:
) ?5 d/ N& p9 F) W- l9 ?3 a6 p图1系统组成框图0 W( `* p$ x t4 f' j- J5 P
IC卡智能水表是通过计量及控制流经自来水管道水的体* ^2 X# c7 m" T6 Z
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8 A' Q u3 s1 m- `/ Y
- R7 o. M m6 c. p9 ]: E. G3 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
* a/ g; |! P5 s段(一般按月计算)用水达到- -定吨限时,随着用水量的增加水
2 ] ]' E3 B1 U" T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7 ]/ k T5 S4 ~3 c9 h
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
# y9 S; _ K$ j" ^% C(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! h# P% @! `) F+ Q* ]
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
; s2 P& n; `: D; S, v; |8 {5 h* M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
8 ^3 \6 h; [- J6 Z% j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
/ |# |9 @' K" f, H& j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7 F* U5 J" ?7 y: ]6 S
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" E& t5 o2 C/ y$ }, g4 n( e% L
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
' v; U9 Y* d% h; s3 Y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
: m4 I+ C9 i, C+ R6 F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
( V: d( z& I/ ~) b4 I, D3 V/ y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
& R. [; S6 X: X" J时关掉阀门,同时将数据保存在内部Flash中。
+ L- V# O4 E0 n2硬件设计
: D( _9 E# R+ P: ?& E9 J# Q1 KIC卡智能水表的硬件系统主要包括以下电路:微处理器、
6 m* [) d, R9 A; [) cIC卡接口、液晶显示器、水表检测、电源检测、电控阀控制接口
! E3 o7 Q8 g/ n1 S5 p0 A+ h及声音报警电路等。
: U. f1 W/ V _(1)微处理器。微处理器是整个智能水表的核心,它担负着
2 x# j) F( f8 @/ \% Z C4 E$ R% _信息判断、识别运算、处理等工作。经过性能、质量、价格的多方2 d) }# }. A7 P5 p/ a4 Z6 ^
对比，微处理器选用TI公司的MSP430F413单片机。该单片机4 w" v9 i. F+ a. R; i
是一种超低功耗Fash型16位RISC指令集单片机，具有丰富) o0 W. m P" J+ \
的片内外围，工作电压为1.8V ~ 3.6V，内置LCD驱动器24 x4$ b9 I6 f) m) ^( X7 o. F
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: |, G3 Q2 {8 W- S2 O2 ?# K5 s( o
耗的场所,如应用在电池或手持设备上。' E' C% Q' M: o3 ?) r; e
(2) IC卡接口。从节约成本的角度出发, IC卡接口采用的
/ H. ^. X( o1 y e是复旦微电子股份有限公司出品的FM4442存储卡。它采用0.6& r! W& S- [" V. R7 [; q
微米CMOS EEPROM工艺，内部有256字节用户存储器,32字
, o8 r4 w7 [# _节写保护区及3字节编程安全认证码。外围接口遵循IS07816+ v* H# C- y) Y" a
协议标准(同步传输)。充分利用其内外部资源,用户存储器存
$ M9 c. l3 B% l7 I1 V! u, G: q2 Y; Y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6 f4 E/ S0 J3 U. X+ s1 ], u
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附件下载：
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发表于 2020-4-16 09:36
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