基于MSP430的智能IC卡水表控制器

　　引言

　　隨著IC卡應用的普及，利用IC卡實現(xiàn)“預付費方式”的水費管理成為可能。目前的電子水表按照抄表的方式主要可以分為網(wǎng)絡式和分立式。由于在某些場合需要對舊的水表系統(tǒng)改造，如果采用網(wǎng)絡式抄表方式需要進行抄表線路的鋪設，這給施工帶來很大的問題。而分立式的IC卡水表收費系統(tǒng)則無需考慮這一問題，這為管理部門和用戶提供了極大的便利。

　　1 硬件電路設計

　　本控制器以MSP430單片機為控制核心。MSP430系列單片機是美國TI公司從1996年開始推向市場的一種16位RISC架構、超低功耗的混合信號處理器。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，活動模式下耗電250μA／MIPS，IO口漏電流僅為50 nA（一般單片機為1～10μA）。非常適合水、燃氣、熱、電表等電池供電設備的設計。單片機系統(tǒng)圖如圖1所示。系統(tǒng)整體電路方案如圖2所示。

　　1．1 IC卡接口部分電路設計

　　利用德國西門子SLE 4442卡與單片機進行通信，來完成對水表的控制、用戶充值和查看水量等功能。IC卡接口電路便是IC卡與單片機連接的樞紐。本設計可兼容4442卡和T5557卡兩種卡片。電路預留了單片機與IC卡的接口?？筛鶕?jù)設計需要靈活選擇卡片種類。SLE4442卡遵循I2C協(xié)議，讀寫時序與I2C相類似。

　　一般說來，IC卡只要直接和單片機相連即可以應用，但是為了使設計更加穩(wěn)定，在IC卡與單片機之間增加一些電阻以達到保護的目的。另外IO口和卡到位檢測需要上拉電阻，以保證其可以正常操作。在水表的標準中要求水表要有防靜電的功能，所以在IC卡座的設計上，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電路的設計

　　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，具有寫保護功能，當WP為高電平時進入寫保護狀態(tài)。頁寫緩沖器、自定時擦寫周期為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、工業(yè)級和汽車級。本系統(tǒng)利用存儲芯片對水表中的數(shù)據(jù)進行存儲。E2PROM中存儲的數(shù)據(jù)掉電之后不丟失，這樣就避免了由于掉電導致的數(shù)據(jù)丟失，可靠性較高。

　　1．3 電源檢測電路設計

　　電源檢測電路主要是用來檢測低壓，當電源電壓過低的時候，通過低壓檢測電路檢測到，進行相應的操作，避免出現(xiàn)不必要的錯誤。具體工作原理如圖3所示，當PWR_CHECK_EN為高電平時，此電路工作，此時，Q9導通，Q8的基極為低電平，VBAT端一直為高電平，Q8導通，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采樣錯誤。PWR_CHECK_EN端口設置主要是為了低功耗設計，低壓檢測需要一定的時間間隔，當不需要檢測的時候此端口置高，以節(jié)省功耗。

　　1．4 脈沖檢測電路的設計

　　MSP430F149單片機最多可以提供1路數(shù)字I／O接口，即P1～P7。MSP430單片機的I／O端口有8個管腳。每個I／O管腳都可以獨立地設置為輸入或者輸出方向，并且每個I／O接線都可以被獨立地讀取或者寫入。所有接口的寄存器都可以被獨立地置位或者清零。MSP430系列單片機具有豐富的I／O口資源和中斷資源，其中P1，P2端口是有中斷能力的。本設計中可以利用P1，P2端口的中斷能力來實現(xiàn)對脈沖的計量。利用中斷來完成計量有利于節(jié)省單片機資源。