引言

　　隨著IC卡應(yīng)用的普及，利用IC卡實(shí)現(xiàn)“預(yù)付費(fèi)方式”的水費(fèi)管理成為可能。目前的電子水表按照抄表的方式主要可以分為網(wǎng)絡(luò)式和分立式。由于在某些場(chǎng)合需要對(duì)舊的水表系統(tǒng)改造，如果采用網(wǎng)絡(luò)式抄表方式需要進(jìn)行抄表線路的鋪設(shè)，這給施工帶來(lái)很大的問(wèn)題。而分立式的IC卡水表收費(fèi)系統(tǒng)則無(wú)需考慮這一問(wèn)題，這為管理部門和用戶提供了極大的便利。

　　1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　本控制器以MSP430單片機(jī)為控制核心。MSP430系列單片機(jī)是美國(guó)TI公司從1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種16位RISC架構(gòu)、超低功耗的混合信號(hào)處理器。電源采用1．8～3．6 V低電壓、RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅0．1μA，活動(dòng)模式下耗電250μA／MIPS，IO口漏電流僅為50 nA（一般單片機(jī)為1～10μA）。非常適合水、燃?xì)?、熱、電表等電池供電設(shè)備的設(shè)計(jì)。單片機(jī)系統(tǒng)圖如圖1所示。系統(tǒng)整體電路方案如圖2所示。

　　1．1 IC卡接口部分電路設(shè)計(jì)

　　利用德國(guó)西門子SLE 4442卡與單片機(jī)進(jìn)行通信，來(lái)完成對(duì)水表的控制、用戶充值和查看水量等功能。IC卡接口電路便是IC卡與單片機(jī)連接的樞紐。本設(shè)計(jì)可兼容4442卡和T5557卡兩種卡片。電路預(yù)留了單片機(jī)與IC卡的接口?？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)需要靈活選擇卡片種類。SLE4442卡遵循I2C協(xié)議，讀寫時(shí)序與I2C相類似。

　　一般說(shuō)來(lái)，IC卡只要直接和單片機(jī)相連即可以應(yīng)用，但是為了使設(shè)計(jì)更加穩(wěn)定，在IC卡與單片機(jī)之間增加一些電阻以達(dá)到保護(hù)的目的。另外IO口和卡到位檢測(cè)需要上拉電阻，以保證其可以正常操作。在水表的標(biāo)準(zhǔn)中要求水表要有防靜電的功能，所以在IC卡座的設(shè)計(jì)上，加上TVS管保證在遭受靜電后，此IC卡座仍能正常工作。

　　1．2 E2PROM電路的設(shè)計(jì)

　　采用CAT24WC02芯片，它為2 Kb串行E2PROM，與400kHz I2C總線兼容，1．8～6．0 V工作電壓范圍，低功耗CMOS技術(shù)，具有寫保護(hù)功能，當(dāng)WP為高電平時(shí)進(jìn)入寫保護(hù)狀態(tài)。頁(yè)寫緩沖器、自定時(shí)擦寫周期為1 000 000編程／擦除周期，可保存數(shù)據(jù)100年。8腳DIPSOIC或TSSOP封裝，溫度范圍分為商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)和汽車級(jí)。本系統(tǒng)利用存儲(chǔ)芯片對(duì)水表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。E2PROM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)掉電之后不丟失，這樣就避免了由于掉電導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，可靠性較高。

　　1．3 電源檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

　　電源檢測(cè)電路主要是用來(lái)檢測(cè)低壓，當(dāng)電源電壓過(guò)低的時(shí)候，通過(guò)低壓檢測(cè)電路檢測(cè)到，進(jìn)行相應(yīng)的操作，避免出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤。具體工作原理如圖3所示，當(dāng)PWR_CHECK_EN為高電平時(shí)，此電路工作，此時(shí)，Q9導(dǎo)通，Q8的基極為低電平，VBAT端一直為高電平，Q8導(dǎo)通，WR_ CHECK腳的電壓為R17和R20分壓得到。之后，PWR_CHECK端的電壓作為MSP430內(nèi)部ADC的輸入端，和1．5 V的電源相比較得到比較結(jié)果，確定是否為低壓。電容的作用是防止電壓突變引起的AD采樣錯(cuò)誤。PWR_CHECK_EN端口設(shè)置主要是為了低功耗設(shè)計(jì)，低壓檢測(cè)需要一定的時(shí)間間隔，當(dāng)不需要檢測(cè)的時(shí)候此端口置高，以節(jié)省功耗。

　　1．4 脈沖檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

　　MSP430F149單片機(jī)最多可以提供1路數(shù)字I／O接口，即P1～P7。MSP430單片機(jī)的I／O端口有8個(gè)管腳。每個(gè)I／O管腳都可以獨(dú)立地設(shè)置為輸入或者輸出方向，并且每個(gè)I／O接線都可以被獨(dú)立地讀取或者寫入。所有接口的寄存器都可以被獨(dú)立地置位或者清零。MSP430系列單片機(jī)具有豐富的I／O口資源和中斷資源，其中P1，P2端口是有中斷能力的。本設(shè)計(jì)中可以利用P1，P2端口的中斷能力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖的計(jì)量。利用中斷來(lái)完成計(jì)量有利于節(jié)省單片機(jī)資源。