IC卡智能水表的研制

　　随着社会的发展,各部门都在提高工作效率.但目前,供水部门水费的征收仍采用传统的方式,已远远不能适应快节奏的现代生活,为解决水费征收效率低、群众意见大的实际情况,我们研制了预付费水表.本文介绍的IC卡预付费水表是以传统水表为母表,用单片机实现控制用水的新型仪表.该水表的单片机控制电路需在原水表的基础上重新设计控制盒并将其与水阀组装在一起,为了提高IC卡水表的精密性、可靠性和稳定性,在设计中采用了人性化设计理念.该水表在降低功耗,提高使用寿命,降低成本的同时,不但能实现预付费,还能实现远程控制及信息的远程传输.在其开发研制过程中,我们还针对国内一些IC卡水表存在的问题,优化了其硬件与软件设计,并采用了Microchip公司新推出的单片机PIC16C72,实现了水表的智能化,使该水表具有自动计数、自动供水断水、自动保存数据、自动告警、限制日用水量等功能.本文主要介绍该IC卡智能水表的软硬件设计方法.

　　1　硬件设计

　　图1是IC卡智能水表的硬件原理图,主要包括PIC16C72单片机、掉电检测电路、脉冲采样电路、存储器、IC卡接口、阀门控制电路、显示电路和电源电路等.为了降低功耗,芯片全部选用CMOS低功耗器件.下面详细描述关键电路的设计要求.

　　1.1　单片机

　　PIC16C72是一种带2KB存储器的低电压、高性能的8位单片机,具有低功耗闲置和掉电工作模式.该芯片的主要特性是2.0~6.0V的宽工作电压,其低功耗状态电流小于5μA,自带上电复位电路,内设电子看门狗,配有异步串行通讯口,提供2个定时计数器,全部指令为单字节指令,采用ASIC结构;内部具有程序加密开关,保密性高;一次性编程芯片价格十分低廉,适用于批量生产[1].

　　1.2　掉电存储器

　　EEPROM电可擦除存储器是系统中的关键电路,它不仅要保证停电时系统所有数据的可靠保存,还要防止程序意外跑飞时造成的RAM区数据丢失,是提高系统可靠性的关键.本系统的EEPROM采用AT93C46,其存储容量为1 024位,内部为128×8位或64×16位.AT93C46为串行三线SPI操作芯片,在时钟时序同步下接收数据口的指令.指令码为9位二进制码,具有读(read)、擦写使能(ewen)、擦除(erase)、写(write)、全擦(eral)、全写(nral)、擦除禁止(ewds)7个指令.该芯片擦写时间快,并有擦写使能保护,可靠性很高,擦写次数达100万次,非常适用于数据量不大的水表系统.图2给出了AT93C46与单片机的接线图[2].

　　1.3　IC卡及其接口电路

　　本系统的IC卡选用西门子公司生产的SLE4442.该芯片内部设有硬件逻辑判断电路,数据区分为用户区、密码区和存储区等,存储区数据访问需先比较密码,在密码错误4次后芯片自锁,具有很高的安全等级.