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* D3 f9 ~! s! r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
- @4 W8 k* l. s, M5 T2 Q: R. t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。: H) E4 o5 S0 S: y5 k
关键词: MSP430F413单片机;IC卡;智能水表;预付费
! U* P- T( V& |5 M7 S! n' ?$ h* r引言. H1 v, G) d! w' |. R$ v
当前水资源缺乏是世界性的难题,水资源短缺将会成为制
$ t' E6 g3 \7 b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3 @/ q+ }! S- N+ m6 d
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
3 E/ L8 p8 l Y! B! X节杠杆,因此合理的水价是节约用水的关键。) c, r# N K' Q9 V
为适应国家用水制度的改革,在原有智能水表的基础上,增
3 S d4 d4 s" W1 v8 J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7 k$ I* }" ^3 t. ~6 S- `
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( b9 @! i/ I. h* f
(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
3 ~; u$ |3 Y8 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; T! f' [% u* } { x
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
. T- `; S" `3 o( A" w/ S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。
9 _- q2 L( c( m; u x" `1系统组成及工作原理) o1 w" G& k+ g
基于MSP430F413的IC卡式智能水表组成如图1:
* G; [3 S4 [+ L2 h5 [: x R2 O. c) o图1系统组成框图4 C3 Z# R7 K, N e9 C4 S( f
IC卡智能水表是通过计量及控制流经自来水管道水的体
( T( D" @2 E6 n$ u8 U% Y6 r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
! r/ e2 C6 _0 G1 P# B/ g
5 y. K# ?: ~) r, X3 D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
( J. F: c, d Z& t6 G* k段(一般按月计算)用水达到- -定吨限时,随着用水量的增加水, f4 o7 W4 d; u) R% J) N
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 e4 e& Z1 E% y. ~4 L7 `
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/ p! ~5 R6 |" ?: W: E. g% |9 y
(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
& }# m# h- O0 u1 L1 }* M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
9 g9 ?; ]& j( T @# T5 o7 B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
1 _( v+ A# ]4 T) p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& X; v" f- u+ v* @- e; {- \1 q
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
# v4 F; V2 u' c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" Z" g' y$ B$ `7 \* M
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
% q1 E, H, m& G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
$ S, E6 q3 l4 [- K( i% u' T" O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
& X. G0 V; V0 v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5 y+ R) A+ |7 k9 Y4 T' o
时关掉阀门,同时将数据保存在内部Flash中。
- F( ]6 s2 g- F0 U2硬件设计3 e2 P! R9 b8 ~4 h9 h+ a- Y
IC卡智能水表的硬件系统主要包括以下电路:微处理器、
3 C3 [+ j. j v) O$ }/ hIC卡接口、液晶显示器、水表检测、电源检测、电控阀控制接口
: c" v! D% F3 W {5 D及声音报警电路等。- M: N9 x# Q( U# k5 _, P
(1)微处理器。微处理器是整个智能水表的核心,它担负着
( `1 G: o& }' U" u6 H# ~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 W* G; Z2 U, g9 g- R0 A1 r! Y8 {
对比，微处理器选用TI公司的MSP430F413单片机。该单片机7 ~8 x3 Z* p( y+ J# _
是一种超低功耗Fash型16位RISC指令集单片机，具有丰富/ x+ H: T4 ?8 @# P- g0 O2 F
的片内外围，工作电压为1.8V ~ 3.6V，内置LCD驱动器24 x4/ I. K1 P! ]; b, Y0 ~4 s
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* L0 I6 Q, ^( ]% k3 h3 s& P
耗的场所,如应用在电池或手持设备上。
, B3 f8 }& M% |' W; T( h(2) IC卡接口。从节约成本的角度出发, IC卡接口采用的- l9 ^, w* L4 ^
是复旦微电子股份有限公司出品的FM4442存储卡。它采用0.6& m6 e0 T3 o' Q1 p; i2 M5 g
微米CMOS EEPROM工艺，内部有256字节用户存储器,32字
; y! b4 D$ w4 c8 l7 Q( w* j节写保护区及3字节编程安全认证码。外围接口遵循IS07816# \& [ P ~: _5 g! 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+ C2 _9 k9 S: ]/ J' T
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. Q5 h1 s" @" ]6 X* @
" R- }: O% _+ s* t; C. R+ r! I
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发表于 2020-4-16 09:36
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