一種低功耗智能IC卡冷水表的設計與實現
發布日期：2013-04-16 瀏覽次數 ：1188
摘要:給出了一種低功耗智能IC卡冷水表的軟硬件設計方案與實現方法[1,2],該智能冷水表具有水量顯示、水量累計,電磁閥控制,操作記錄,防強磁場干擾,防拆,欠壓報警等功能,獨特的低功耗設計大大延長了水表的有效使用壽命.該方法實現的水表經實際測試,性能指標已達到實際應用的要求,是一種具有推廣應用價值的產品.
0 引 言
隨著信息技術的不斷發展,人類的生產、生活方式都發生著日新月異的變化,在許多與日常生活緊密相關的領域,都采用了基于IC卡的管理方式.如今,IC智能卡自動電表抄表系統,煤氣、自來水表系統,公交、地鐵自動售票檢票系統,移動通信手機中IC智能SIM卡等[1,2],已成為生活的一部分.給出一種低功耗智能IC卡冷水表的設計方案與實現方法,實現的水表具有水量顯示、水量累計,電磁閥控制,操作記錄,防強磁場干擾,防拆,欠壓報警等功能,是一種取代舊式機械水表且具有推廣應用價值的產品.
1 智能IC卡冷水表的結構設計與功能設計
1.1 智能IC卡冷水表結構設計
低功耗智能IC卡冷水表,主要由控制單元,輸入單元,輸出單元,監視/存儲單元,執行部件組成,其中控制單元采用PIC16F73[3,4]單片機實現,輸入單元由流量傳感器、SLE4442IC卡、按鍵組成,輸出單元由專用液晶模塊構成,監視/存儲單元由X5043和ADS1302實現,執行部件為低功耗電磁閥,整個水表結構框圖如圖1.
1.2 智能IC卡冷水表功能設計
(1)根據用戶購水量以及消耗情況,執行開關閥動作用戶將購買一定水量的IC卡插入水表卡座時,水表系統先自動識別IC卡的有效性,然后讀取卡上的水量數據,并自動打開電磁閥,進行供水,當所購水量消耗完畢以后,自動關閥停水.
(2)欠壓報警
水表電池電源低于某一閾值時,自動關閥并報警,提示用戶更換電池.
(3)提供用戶查看累計水量,剩余水量,總水量信息
通過LCD顯示模塊顯示信息,滿足用戶實際需要.
(4)加密功能
保證一卡一表,對IC卡及表內信息進行加密,避免非法使用.
(5)防強磁場干擾
水表流量傳感器利用干簧管進行水量計數,為了防止外界強磁場的干擾造成水量計數失常,設計過程中利用雙干簧管防止磁場攻擊.
(6)防拆功能
用戶私自拆卸水表,導致水表電磁閥自動關閉,無法正常用水,同時記錄用戶的拆卸時間,以備查驗.
(7)水量消耗計數、累計以及提示功能
用戶每次充值時,水表對總消耗水量自動累計并保存,對用戶日常生活的水量消耗實時記錄.同時,當用戶可用水量低于2 t時,提示用戶充值,以免給生活帶來不便.
(8)操作記錄功能
對用戶插卡、拆表等操作以及操作時間進行記錄,以備查驗.
2 智能IC卡冷水表硬件設計
根據功能需求設計的水表硬件原理圖如圖2,各部分具體介紹如下.
(1)IC卡接口
IC卡采用西門子SLE4442卡,其接口如圖2 IC卡卡座部分,其中RB2對應IC卡I/O管腳,RB1對應IC卡CLK管腳,RB3對應IC卡RST管腳,L1對應IC卡VCC管腳,RB5為單片機休眠喚醒信號,即插卡后喚醒系統讀卡.
(2)LCD液晶顯示接口
水表采用專用液晶模塊SMS0708PIC16FT3的RAO、RA4、RA2管腳分別與SMS0708的DI、CLK、CS管腳連接,驅動該模塊.
(3)電磁閥控制
電磁閥采用可360°旋轉的球形低壓電磁閥,它具有開、關到位自動斷電的功能,這樣不僅可以降低系統功耗,而且接口電路設計簡單,如圖2電磁閥控制信息部分所示,其中L2為關閥控制信號線,L3為開發控制信號線.
(4)脈沖計數與防磁功能
流量檢測傳感器會根據用戶用水情況,觸發水表干簧管接通或者斷開,形成有效計數信號,引起RB7端口電平變化中斷,從而實現計數.
防磁功能通過輔助干簧管實現,在強磁場干擾下,輔助干簧管與計數干簧管同時閉合,使得關閥信號L2有效,關閉水表電磁閥,直到磁場消失恢復正常工作.由于PIC16F73中斷資源有限,計數干簧管與輔助干簧管輸出信號通過或門連接起來,或門輸出直接連接至L2.正常情況下兩個干簧管先后閉合,不會導致電磁閥非法關閉,如有磁場干擾,則它們同時閉合,電磁閥關閉.
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