一种新型节能的IC卡水表设计

　　1　IC卡水表的工作原理及系统功能

　　1.1　工作原理

　　IC卡水表主要由流量传感器、IC卡接口、微控制器、液晶屏、电磁阀几部分组成。

　　首先由用户持卡到自来水公司买水充值,然后把IC卡里的水量充值到用户IC卡水表中。液晶屏先是显示以前剩余水量,再显示充值之后的水量。同时,根据电磁阀当前的状态决定是否需要将它打开。在水量显示3秒后,关掉显示,单片机进入休眠状态。当用户用水时,由流量传感器采进来的信号以脉冲形式触发单片机的外部中断INT0,唤醒单片机,进行用水处理。

　　当E2PROM中存储的水量用完时,单片机自动关闭电磁阀。用户只有重新购水,才能使电磁阀打开。此外,在发生人为故意破坏时,阀门也会关闭。本系统只使用一种卡,它集充值、维修、查值于一体。当将IC卡插入IC卡插槽中时,由键盘中断唤醒单片机。单片机根据卡的情况自动进行充值、查值或修理。

　　1.2　系统功能

　　◆自动识别IC卡密码,一卡一表制防止盗水

　　◆随时显示剩余水量

　　◆强磁场靠近水表也不会影响水表正常工作

　　◆电池低电压检测,且掉电不丢失信息

　　◆用水控制功能。在没水或发生人为故障时,自动切断用水

　　◆可充值、查值及维修

　　◆报警功能。当阀门因故关闭时,可显示故障原因及报警灯闪烁

　　◆电池供电的超低功耗单片机系统设计

　　2　IC卡水表硬件设计

　　设计时考虑到以下几点:第一,运行可靠,保证产品的质量;第二,完备的功能,要求能处理应用中所遇到的各种问题;第三,性能价格比高。第四,整机的功耗低。水表必须能在低电源,低时钟频率下工作。IC卡水表系统结构简图如图1所示。考虑到所设计的水表要具备超低功耗特性,选用Philips公司的P87LPC767单片机。该单片机具有高集成度、低成本的优点。内部采用80C51加速处理器结构,指令与51系列单片机兼容。此外该单片机具有较宽的工作电压范围(2.7 ~6.0V),也能在低时钟频率下工作,如32.768kHz。具备空闲和掉电两种省电模式。提供从掉电模式中唤醒功能。典型的掉电电流为1μA。

　　为简化接口电路,采用I2C总线接口模式。I2C总线用两条线(SDA和SCL)在单片机和各外设之间传递信息。多主机同时传送时进行仲裁避免总线上数据冲突。

　　具有I2C硬件接口的外围器件的选择:选用CATALYST公司的24WC02作为存贮器,它是I2C串行E2PROM,容量为128字节,具有写保护功能。它能够保存数据100年不遗失。低功耗:读时1mA,写时3mA,待机时0.6μA,电源供电电压更宽:1.8~6.0V。其地址由管脚A0、A1和A2决定。此外,低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片PCF8563(Philips公司的产品)也具有I2C硬件接口,并提供一个可编程时钟输出,一个中断输出和掉电检测器,具有典型值为0.25μA (VDD=3.0V)的低工作电流和1.0~5.5V的宽工作电压范围。可利用其作为低电池电压检测。