文献综述-基于PIC16F84单片机的IC卡智能水表设计

基于 PIC16F84 单片机的 IC 卡智能水表设计摘要：本文介绍了一种基于低功耗芯片 PIC16F84 的 IC 卡智能水表的设计，文中给出了系统的硬件设计和软件设计。该 IC 卡水表具有低成本、低功耗、可靠性高等优点，可广泛应用于各城市供水系统。 关键字：PIC16F84，IC 卡智能水表1、引言长期以来，自来水用户的用水量管理依靠人工抄表，然后由收费员到各家收费或各用户去银行交费。这种传统的收取水费的做法需要的工作人员多，费时、费力、效率低，常常出现用户欠费、迟缴或漏缴水费等问题。采用 IC 卡智能水表后，可以改变自来水收费及管理的现状，达到下列管理目标：1） 智能水表代替传统水表，用 IC 卡实现预付费，实现“先付费后用水”、持卡结算的理想管理模式，从根本上杜绝欠缴、迟缴、漏缴水费的现象，使自来水公司应收费用及时到位。2） 建立自来水公司计算机信息管理网络系统，实现对自来水供应、自来水用户及自来水公司员工的科学化管理；建立完善的财务核算管理，使自来水公司的日常工作和管理流程化、自动化、科学化，提高自来水公司的服务质量和竞争力。3） 减轻工作人员的劳动强度，消灭（减少）现金交易，减少人为差错和杜绝贪污案件的发生。4） 提供方便的统计查询功能，便于全面、及时地了解情况，为决策提供依据。IC 卡水表系统是由 IC 卡水表、通用 IC 卡及计算机收费管理网络组成，起核心是 IC 卡水表。2、硬件设计IC 卡计费水表主要由阀门、流量传感器、微处理器、IC 卡读/写器、显示器及电源等组成，其硬件结构如图 1 所示。图 1 IC 卡智能水表原理框图1） 微处理器为降低整个水表的功耗，微处理器选用低功耗芯片 AT89C51。该芯片工作于休闲状态时，耗电量仅为 级。另外，采用 FLASH 的串行存储芯片 AT24C01 作为数据存储器。AT24C01 是一个串行的 EEPROM，占用体积小，功耗低，且操作简单，主要用来存放 IC 卡识别字、发行密码及用水计量等数据，以作为水表识别与计计量的依据。2） 阀门对水表而言，阀门是被控对象，控制着进水的开/关状态。目前可控的阀门主要是电磁阀，但常规的电磁阀是靠电的通/断来控制阀门的开/关的，即要让阀门一直开着，就必须一直通电，因此耗电较大，不符合本水表低功耗的要求。因此，必须对现有的电平开关式电磁阀进行改进，采用双稳态电磁阀，即阀门开/关由电脉冲来实现。使得对阀门开/关只需瞬时供电从而减少耗电量。3） 流量传感器流量传感器是水表中的传感器部分，是实现正确计量的基础。考虑到现有的模拟式水表中，旋翼式水表结构简单，测量范围宽，灵敏度高，外形尺寸小，精确度已被广大用户所接受；因此本水表的流量传感器还是基于模拟水表的旋翼式结构，而通过在叶轮上安装磁钢与微型干簧管等机构，将叶轮的旋转转换成电信号，以实现频率脉冲计数，进而实现水流量的计量。其耗电小，并保持了原有的结构简单、精确度高的优点。4） IC 卡读/写器IC 卡读/写器是 IC 卡水表的输入接口。当 IC 卡插入读/写器时，首先读入的是卡中的密码，以判断此 IC 卡的合法性；水表在判断了卡的合法性后，读入所购水量并和水表内剩余水量累加，同时将卡上购水量单元清零；回写水表上用水量、剩余水量等信息，以便下次购水时自来水公司读取，实现水表信息的回馈功能。5） 显示器液晶显示器作为水表的输出接口，显示剩余水量、电池状态及开关状态等信息。它们的有效工作时间都比较短。用户看完后，没有必要让它一直显示；为此，可利用水表上的防水盖提供信号。即当盖子打开时，使它们进入工作状态；而当盖子盖上时，是它们停止工作，从而达到节电的目的。6） 供电电源本水表采用交/直两用电源。平时水表由交流电通过表内的小型变压器输出供电，而备用电池处于充电状态。一旦停电，水表就由内部备用电池供电。下图给出了智能水表主系统的原理图：图二 系统原理图3、软件设计IC 卡智能水表软件设计的关键是看门狗的初始化、进入睡眠及其唤醒等处理部分。从功能来看，有这样一些模块：IC 卡接口模块（包括 IC 卡有效性判断及读/写 IC 卡）、阀门控制模块、流量脉冲、用水量处理模块及显示模块等。其框架如图三。图三 流程框图4、结束语此模块硬件电路采用模块化的设计方法，可根据实际需要扩展系统的控制功能.智能 IC 卡水表智能 IC 卡水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能 IC 卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。 1.什么是智能 IC 卡水表？ 智能 IC 卡水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能 IC 卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。这与传统水表一般只具有流量采集和机械指针显示用水量的功能相比，是一个很大的进步。智能 IC 卡水表除了可对用水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量自动进行控制，并且自动完成阶梯水价的水费 计算，同时可以进行用水数据存储的功能。由于其数据传递和交易结算通过 IC 卡进行，因而可以实现由工作人员上门操表收费到用户自己去营业所交费的转变。IC 卡交易系统还具有交易方便，计算准确，可利用银行进行结算的特点。 2.智能 IC 卡水表的基本结构原理： IC 卡水表的外观与一般水表的外观基本相似，其安装过程也基本相同。IC卡水表的使用很简单，从用户的角度看，就时把 IC 卡卡片向水表里插一下。 IC 卡水表的工作过程一般如下：将含有金额的 IC 卡片插入水表中的 IC 卡读写器，经微机模块识别和下载金额后，阀门开启，用户可以正常用水。当用户用水时，水量采集装置开始对用水量进行采集，并转换成所需的电子信号供给微机模块进行计量，并在 LCD 显示模块上显示出来。当用户的用水金额下降到一定数值时，微机模块进行声音报警，提示用户应该去持卡交费购水。如超过用水金额，则微机模块会自动将电控阀门关闭，切断供水。直至用户插入已经交费的 IC 卡片重新开始开启阀门进行供水。主要功能特点:阶梯水价功能：水表对每月的用水量按设定的阶梯单价分段计费。余额报警功能：当水表剩余量（金额）小于设定的报警值时，阀门关闭告警一次，用户发现关阀后可插用户卡将阀门开启。囤积限量(额)功能：表中对用户购水量（金额）有限制。当余量（额）与充值量（额）之和超出限定额度时，水表将不读取用户卡中的购水量（金额）。囤积限量（额）值可由 IC 卡设置。退卡退水功能：用户可随时办理退值或退卡退值手续。补卡挂失功能：如果用户将卡丢失，须到管理终端处办理相应的补卡手续。本系统补卡后，原用户卡作废。数据返写卡片功能：本水表用户每次购水，管理终端将从 IC 卡提取水表使用数据，包括累计用量、剩余用量、当月用量、最近 12 个月用水记录、阀门状态、电池状态、表位等信息。液晶显示功能：插入用户卡，本水表液晶显示屏显示本次购量（额）、累计用量和剩余量（额）。一户一卡，一卡多表功能：采用“一户一卡”。为适应特殊用户的需求