一种低功耗智能IC卡冷水表的设计与实现
发布日期：2013-04-16 浏览次数 ：997
摘要:给出了一种低功耗智能IC卡冷水表的软硬件设计方案与实现方法[1,2],该智能冷水表具有水量显示、水量累计,电磁阀控制,操作记录,防强磁场干扰,防拆,欠压报警等功能,独特的低功耗设计大大延长了水表的有效使用寿命.该方法实现的水表经实际测试,性能指标已达到实际应用的要求,是一种具有推广应用价值的产品.
0 引 言
随着信息技术的不断发展,人类的生产、生活方式都发生着日新月异的变化,在许多与日常生活紧密相关的领域,都采用了基于IC卡的管理方式.如今,IC智能卡自动电表抄表系统,煤气、自来水表系统,公交、地铁自动售票检票系统,移动通信手机中IC智能SIM卡等[1,2],已成为生活的一部分.给出一种低功耗智能IC卡冷水表的设计方案与实现方法,实现的水表具有水量显示、水量累计,电磁阀控制,操作记录,防强磁场干扰,防拆,欠压报警等功能,是一种取代旧式机械水表且具有推广应用价值的产品.
1 智能IC卡冷水表的结构设计与功能设计
1.1 智能IC卡冷水表结构设计
低功耗智能IC卡冷水表,主要由控制单元,输入单元,输出单元,监视/存储单元,执行部件组成,其中控制单元采用PIC16F73[3,4]单片机实现,输入单元由流量传感器、SLE4442IC卡、按键组成,输出单元由专用液晶模块构成,监视/存储单元由X5043和ADS1302实现,执行部件为低功耗电磁阀,整个水表结构框图如图1.
1.2 智能IC卡冷水表功能设计
(1)根据用户购水量以及消耗情况,执行开关阀动作用户将购买一定水量的IC卡插入水表卡座时,水表系统先自动识别IC卡的有效性,然后读取卡上的水量数据,并自动打开电磁阀,进行供水,当所购水量消耗完毕以后,自动关阀停水.
(2)欠压报警
水表电池电源低于某一阈值时,自动关阀并报警,提示用户更换电池.
(3)提供用户查看累计水量,剩余水量,总水量信息
通过LCD显示模块显示信息,满足用户实际需要.
(4)加密功能
保证一卡一表,对IC卡及表内信息进行加密,避免非法使用.
(5)防强磁场干扰
水表流量传感器利用干簧管进行水量计数,为了防止外界强磁场的干扰造成水量计数失常,设计过程中利用双干簧管防止磁场攻击.
(6)防拆功能
用户私自拆卸水表,导致水表电磁阀自动关闭,无法正常用水,同时记录用户的拆卸时间,以备查验.
(7)水量消耗计数、累计以及提示功能
用户每次充值时,水表对总消耗水量自动累计并保存,对用户日常生活的水量消耗实时记录.同时,当用户可用水量低于2 t时,提示用户充值,以免给生活带来不便.
(8)操作记录功能
对用户插卡、拆表等操作以及操作时间进行记录,以备查验.
2 智能IC卡冷水表硬件设计
根据功能需求设计的水表硬件原理图如图2,各部分具体介绍如下.
(1)IC卡接口
IC卡采用西门子SLE4442卡,其接口如图2 IC卡卡座部分,其中RB2对应IC卡I/O管脚,RB1对应IC卡CLK管脚,RB3对应IC卡RST管脚,L1对应IC卡VCC管脚,RB5为单片机休眠唤醒信号,即插卡后唤醒系统读卡.
(2)LCD液晶显示接口
水表采用专用液晶模块SMS0708PIC16FT3的RAO、RA4、RA2管脚分别与SMS0708的DI、CLK、CS管脚连接,驱动该模块.
(3)电磁阀控制
电磁阀采用可360°旋转的球形低压电磁阀,它具有开、关到位自动断电的功能,这样不仅可以降低系统功耗,而且接口电路设计简单,如图2电磁阀控制信息部分所示,其中L2为关阀控制信号线,L3为开发控制信号线.
(4)脉冲计数与防磁功能
流量检测传感器会根据用户用水情况,触发水表干簧管接通或者断开,形成有效计数信号,引起RB7端口电平变化中断,从而实现计数.
防磁功能通过辅助干簧管实现,在强磁场干扰下,辅助干簧管与计数干簧管同时闭合,使得关阀信号L2有效,关闭水表电磁阀,直到磁场消失恢复正常工作.由于PIC16F73中断资源有限,计数干簧管与辅助干簧管输出信号通过或门连接起来,或门输出直接连接至L2.正常情况下两个干簧管先后闭合,不会导致电磁阀非法关闭,如有磁场干扰,则它们同时闭合,电磁阀关闭.
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