2014年05月21日

基于MSP430的智能IC卡水表控制器

  本文介绍了一种以MSP430单片机为控制核心的IC卡水表控制器的设计方案。将微控制器和4442卡技术、I2C总线技术、流量计量技术及低压检测技术等相结合,实现了水表管理的高效率和智能

  介绍了一种以MSP430单片机为控制核心的IC卡水表控制器的设计方案。将微控制器和4442卡技术、I2C总线技术、流量计量技术及低压检测技术等相结合,实现了水表管理的高效率和智能化。详细介绍了该控制器的基本结构及各模块的软硬件设计原理。样机试验表明该智能水表控制器具有功能完善、计量准确及通信可靠等特点。

  随着IC卡应用的普及,利用IC卡实现“预付费方式”的水费管理成为可能。目前的电子水表按照抄表的方式主要可以分为网络式和分立式。由于在某些场合需要对旧的水表系统,如果采用网络式抄表方式需要进行抄表线的铺设,这给施工带来很大的问题。而分立式的IC卡水表收费系统则无需考虑这一问题,这为管理部门和用户提供了极大的便利。

  本控制器以MSP430单片机为控制核心。MSP430系列单片机是美国TI公司从1996年开始推向市场的一种16位RISC架构、超低功耗的混合信号处理器。电源采用1.8~3.6 V低电压、RAM数据保持方式下耗电仅0.1A,活动模式下耗电250A/MIPS,IO口漏电流仅为50 nA(一般单片机为1~10A)。非常适合水、燃气、热、电表等电池供电设备的设计。单片机系统图如图1所示。系统整体电方案如图2所示。

  利用西门子SLE 4442卡与单片机进行通信,来完成对水表的控制、用户充值和查看水量等功能。IC卡接口电便是IC卡与单片机连接的枢纽。本设计可兼容4442卡和T5557卡两种卡片。电预留了单片机与IC卡的接口。可根据设计需要灵活选择卡片种类。SLE4442卡遵循I2C协议,读写时序与I2C相类似。一般说来,IC卡只要直接和单片机相连即可以应用,但是为了使设计更加稳定,在IC卡与单片机之间增加一些电阻以达到的目的。另外IO口和卡到位检测需要上拉电阻,以其可以正常操作。在水表的标准中要求水表要有防静电的功能,所以在IC卡座的设计上,加上TVS管在遭受静电后,此IC卡座仍能正常工作。

  采用CAT24WC02芯片,它为2 Kb串行E2PROM,与400kHz I2C总线 V工作电压范围,低功耗CMOS技术,具有写功能,当WP为高电平时进入写状态。页写缓冲器、自定时擦写周期为1 000 000编程/擦除周期,可保存数据100年。8脚DIPSOIC或TSSOP封装,温度范围分为商业级、工业级和汽车级。本系统利用存储芯片对水表中的数据进行存储。E2PROM中存储的数据掉电之后不丢失,这样就避免了由于掉电导致的数据丢失,可靠性较高。

  电源检测电主要是用来检测低压,当电源电压过低的时候,通过低压检测电检测到,进行相应的操作,避免出现不必要的错误。具体工作原理如图3所示,当PWR_CHECK_EN为高电平时,此电工作,此时,Q9导通,Q8的基极为低电平,VBAT端一直为高电平,Q8导通,WR_ CHECK脚的电压为R17和R20分压得到。之后,PWR_CHECK端的电压作为MSP430内部ADC的输入端,和1.5 V的电源相比较得到比较结果,确定是否为低压。电容的作用是防止电压突变引起的AD采样错误。PWR_CHECK_EN端口设置主要是为了低功耗设计,低压检测需要一定的时间间隔,当不需要检测的时候此端口置高,以节省功耗。

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