原创 【转】非接触式Mifarel卡预付费智能水表设计

引 言
    随着社会经济的发展和科技的不断进步，人们生活条件逐步提高，对住宅智能化的要求也越来越多。一户一表的推行，复费率阶梯水价的实施以及供水管理部门提高计量收费管理的需要，都要求对传统的机械式水表进行变革。为适应国家用水制度的改革，本设计在原有智能水表的基础上，增加了阶梯计费复费率核算功能，该智能水表能根据用水参数和当月内的用水量实时地核算出水表内的剩余金额，方便水表用户和供水部门的管理。本文设计的Mifarel(简称M1)卡预付费智能水表可有效地解决上述问题，实现了“先购水后用水”的预付费消费，对节省国家资金和减少水资源浪费都有积极意义。

1 水表组成及工作原理
    基于MSP430F413的M1卡智能水表系统组成原理如图1所示。

    M1卡智能水表的工作原理是，在普通转盘计数的水表中加装干簧管和永磁铁，双干簧管固定安装在计数转盘上方附近，永磁铁安装在计数盘(本系统O．01 m3)位上，计数盘每转一圈，永磁铁经过双干簧管各一次，在信号端产生两个计量脉冲。当接收到有效计量脉冲时，单片机由休眠模式转为工作模式，由微处理器执行相应的计费程序。水表内预先存储阶梯水价及相关用水参数，这是由“设置卡”完成的，智能水表能根据当月用水量实时地核算出水表内的剩余金额。当用户用水剩余量小于预设的报警量时(报警量由水表管理部门设定)，水表自动报警，并提醒用户尽快购水。当将已充值的M1卡贴近感应区对水表内进行充值时，水表内单片机首先识别M1卡密码并确认卡表匹配无误后，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，总用水量实时累计，并写入M1卡水表内存储器，充值完成后水表的工作状态和充值金额显示在液晶显示器上。当遇到人为拆卸水表或剩余水量低于透支量时，水表自动关阀，同时将数据保存在内部FIash中。

2 硬件设计
    M1卡智能水表的硬件主要包括微处理器、脉冲采集电路、FMl702基站芯片电路及M1卡感应天线、液晶显示电路、阀门控制电路、水表检测、电源检测及声音报警电路等。
2．1 微处理器
    本设计微处理器选用TI公司的MSP430F413单片机，该单片机是一种超低功耗Flash型16位RISC指令集单片机，具有丰富的片内外围，工作电压为1．8～3．6 V，内置LCD驱动器24×4段，可以缩小体积、降低成本，特别适合应用在各种要求低功耗的场所。
2．2 脉冲采集电路
    本设计使用了双干簧管传感器，即当检测到一个干簧管吸合时，先记录下来，再检测另一个干簧管，只有检测到另一个干簧管吸合后才认为信号有效，也就是说单一的一个干簧管即使多次闭合也无效，从而有效地解决了临界点颤动而误发信号的问题。同时，这种设计还可以有效防止人为附加磁铁而造成的计数不准，因为当微机检测到两管同时闭合时，便认为有外磁干扰，停止计数并同时报警。2个容量为0．01μF的电容用来消除双干簧管闭合时产生的抖动。接线原理图如图2所示。

2．3 FMl702基站芯片电路及M1卡感应天线
    读卡芯片为FMl702SL，由复旦微电子股份有限公司设计，是基于ISO14443标准的非接触卡读卡机专用芯片，采用O．6μm CMOS EEPROM工艺，支持IS014443 typeA协议MI—FARE：标准的加密算法。其接口电路如图3所示。

2．4 液晶显示电路及显示器
    MSP430F413单片机内置1个24×4段的液晶显示驱动器。液晶显示电路及显示器如图4所示。本设计中选用的液晶显示器是定制生产的字符式液晶显示器，其视屏尺寸是65 mm×40 mm液晶显示，汉字数字协调美观。液晶显示器作为水表的输出接口，除了显示电磁阀门的开关状态、表内剩余金额(当余额显示为负时表示水表处于透支状态)、累积用水量、电池状态、本月累积用水量、分段(阶梯水价时每种水价水量的上限)显示、单价(当前水价)显示、当前日期及时刻之外，还具有提醒用户及时充值及显示错误信息的功能。如表示强磁干扰，阀门将会关闭；表示欠压状态，提醒更换电池。