基于PIC16F84單片機的IC卡智能水表設(shè)計

王 帥

（河南廣播電視大學，鄭州 450000）

隨著我國用水制度的不斷發(fā)展，用高新技術(shù)實現(xiàn)對自來水的智能監(jiān)控，降低供水部門的資金壓力，避免定時定期抄表收費帶來的不便，采用先進技術(shù)來實現(xiàn)用水管理的現(xiàn)代化、智能化已迫在眉睫。IC卡水表以其智能化、低成本、易于實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)勢，在用水管理方面越來越受到青睞。本文主要介紹了一款基于PIC16F84單片機的IC卡智能水表，性價比較高，具有良好的可靠性，比較適合在社會推廣，有很好的發(fā)展前景。

一、設(shè)計方案

1.總體系統(tǒng)功能。

該系統(tǒng)具有如下功能：

（1）能實現(xiàn)自動送水和斷水；

（2）當水量接近下限時實現(xiàn)自動報警；

（3）能顯示累計用水量和可用水量，也可實現(xiàn)對累計用水量的清除；

（4）歷次購買水量可以累加；

（5）能夠?qū)崿F(xiàn)自我保護；

（6）具有看門狗功能，防止斷電；

（7）具有抗干擾和加密功能。

2.設(shè)計框圖。

該系統(tǒng)主要由電磁閥、流量傳感器、單片機、IC讀卡器、液晶顯示及供電系統(tǒng)等組成，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）MCU 選型。

圖1系統(tǒng)原理框圖

本系統(tǒng)采用美國微芯半導(dǎo)體公司的PIC16F84作為處理器。該芯片功耗低，價格便宜。由于該芯片內(nèi)部沒有自帶RAM，所以需外加數(shù)據(jù)存儲器，該電路選用了串行E2PROM 93C46，該芯片操作方便，主要用于存儲用水計量、密碼以及IC卡的控制字。

PIC16F84單片機的功能框圖如圖2所示。

圖2 PIC16F84的功能框圖

（2）電磁閥。

本系統(tǒng)采用雙穩(wěn)態(tài)電磁閥，擯棄了傳統(tǒng)電平式的控制方法，采用瞬時供電方式，避免了電平開關(guān)式電磁閥的高耗電缺點。

（3）流量傳感器。

采用旋翼式流量傳感器，可將水流量參數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖頻率參數(shù)，由微處理器實現(xiàn)對計算。該流量傳感器耗電量小，結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的精度。

（4）IC 卡讀寫器。

IC卡讀寫器首先通過讀入卡中的密碼檢查IC卡的合法性，然后讀入購水量與存儲器中剩余水量相加，得到新的水量，并將IC卡中的已購水量刪除。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.系統(tǒng)原理圖。

（1）主系統(tǒng)。

由前面的設(shè)計方案確定了主系統(tǒng)原理圖如圖3所示。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，主要由以下幾個模塊組成：MCU、IC卡接入電路、液晶顯示電路、流量監(jiān)測電路、電磁閥控制電路及其他輸入/輸出電路等模塊組成。該電路特別在低功耗方面做重點考慮，電磁閥主要工作在6V，其他電路均工作在3V，主時鐘電路采用RC振蕩電路，頻率約為71KHz。

圖3系統(tǒng)原理圖

圖4供電系統(tǒng)電路圖

（2）電源。

該系統(tǒng)電源采用交/直流供電方式。原理圖如圖4所示。

2.電路原理說明。

電源監(jiān)測電路原理：該模塊相當于一個看門狗的作用，當電平信號降低到一定值時，監(jiān)測電路會產(chǎn)生一個有效信號，該信號可作為一個中斷源發(fā)出MCU的中斷，CUP響應(yīng)中斷采取緊急措施保護響應(yīng)數(shù)據(jù)。該模塊的核心是盛群半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的HT7044A芯片，監(jiān)測參考電平為4.4V。該模塊工作電流為，輸入電壓范圍0~24V，比較適合低功耗的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。該芯片特性曲線如圖5所示。

由特性曲線可以看出該芯片的作用相當于一個施密特觸發(fā)器，但輸入電壓低于4.4V比較電壓時，其輸出為低電平信號，作為中斷信號觸發(fā)微處理器響應(yīng)中斷，系統(tǒng)在掉電前做出緊急處理，避免水表計量發(fā)生錯誤。

該系統(tǒng)穩(wěn)壓電路采用盛群半導(dǎo)體公司的HT1030B 3端穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器輸入電壓可達12V，輸出電流可穩(wěn)定在3V，且輸出電流60mA，功耗較低，壓差較小。

IC卡接口系統(tǒng)主要采用串行通信方式、包含有時鐘接口和數(shù)據(jù)接口，另外需要電源及開關(guān)狀態(tài)信號輸出接口，使用24C系列，為了確保IC卡的安全性，由PIC16F84的RB7端口為IC卡提供電源。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)設(shè)計中需要考慮電源監(jiān)測模塊的初始化、掉電后的保護及重新上電后的恢復(fù)等處理部分?？偣舶巳缦聨讉€模塊：IC卡識別、IC卡數(shù)據(jù)讀/寫、磁卡加密/解密、電磁閥控制、流量檢測、用水量計算及人機交互界面模塊。程序流程圖如圖6所示。

四、結(jié)束語

基于PIC16F84的IC卡智能水表控制系統(tǒng)，采用邏輯加密技術(shù)，實現(xiàn)用水管理智能化。本系統(tǒng)上電自動運行，設(shè)計成本少，用戶使用方便，電路可靠且具有較強的保護功能。在絕大部分電路上都采用了串行通信方式，節(jié)省了單片機的接口，利于使用小口線低成本的單片機，從而降低了開支，還可以節(jié)省板材；電源電路可通過變壓器直接與家庭電路相連，也可以使用4節(jié)干電池，使用方便且易于維護。

圖5的輸入/輸出特性

圖6程序流程圖

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