一种IC卡水表的设计

在我国，IC卡水表大约出现于20世纪90年代初期，经过10多年的快速发展已渐趋成熟。尤其是近几年，随着设计水平的提高及生产的规模化，在各大中城市中得到了越来越多的使用。

IC卡水表是集测控于一身的机电一体化产品，除了具备一般仪表所需的基本功能，还有其自身的特点。例如，对其必须采取防水防潮措施；再如IC卡水表必须具备低成本、低功耗、小外形及高精度的特点，即IC卡水表的四要素。在设计过程中必须基于此四要素进行设计，方能满足产品的实际应用要求。

1 IC卡水表的测控电路组成及软件设计

1.1 IC卡水表的测控电路组成

测控电路组成框图见图1。考虑到低成本的要求，本系统主要芯片采用AT89C2051-12PI、PCF8564及AT24C01等。

其基本工作原理为：采用事件触发机制，即通常不上电，因此耗电只是PCF8563的休眠状态消耗，约250nA左右[1]。彩三类事件触发方式，即干簧管吸合时发生的“计数事件、进行卡操作时发生的“插卡事件”及预置于日历时钟芯片的定时醒闹时发生的“定时事件”。当发生此三类事件时，测控电路自行上电，按预置的工作过程进行处理，结束后自行断电。根据居民的用水情况，需要测控电路工作的时间一般每日约0.3秒～1分钟不等。考虑到低功耗要求，采用事件触发机制是科学合理的。有些设计采用液晶长期显示方式，虽然理论计算寿命时功耗要求能够得到满足，但根据我国的实际运作情况，无进行长期显示的必要，显然此设计方式不足取，除非电池特性要求如此，如采用锂亚硫酰氯电池时。

1.2 软件设计

基本的软件功能框图见图2。

依上述三类事件的工作，要求测控板启动工作工作状态，帮程序首先判断是哪类事件发生并细化类型后分别处理。例如卡操作事件情况下，再次判断是何种功能卡要求操作等。

由于小型化及低成本的要求，程序未采用冗余量较大的C语言，而采用汇编语言进行编制，使程序代码控制在2K字节[2]之内，故可选用小外形及低成本的单片机。

个别大中型城市推出了梯级水价，梯级水价的计算在日历时钟芯片及存储器芯片的基础上主要由软件完成。在现有国情下，真正的大面积执行尚需时日。在执行梯级水价导致软件量增加时，可选用AT89C4051-12PI及AT24C16甚或AT24C256等芯片满足要求，菘它所有硬件设计均可不作更改。

2 采样供电模块的工作原理

采样供电模块电路原理图如图3所示。在图3中，Q1及Q2组成开关电路，控制测控板的上电及掉电。当用水使GHG1吸合即发生采样事件时，则开始C1的充电过程，充电电流使开关组导通上电，完成采样计数功能。当继续用水使GHG2吸合时便使C1放电，以便下一次的采样事件发生时有效。如此设计可防止由于水压不稳定所致的GHG1的频繁吸放而误计。C1的另外一个作用是：即便GHG1长期吸合也可保持测控板处于失电状态，保证低功耗性能。C4的作用是抑制GHG1的机械抖动对计数的影响。C2的作用是在C1充满电而尚未放电期间遭到磁攻击时提供另一路触发脉冲，使测控板上电以便进行关闭阀门、记录磁攻击时间及次数等工作。经上述分析可见，C1、C2应尽量选用漏电流小的电容，以便提高模块的工作性能。

3 双电源设计

所谓双电源，即测控电路及阀门驱动各使用一组电池。经观察大量的实际测控板的电压波形发现，单电源供电情况下，在电机启动瞬间有时会出现电压下跳现象，一般达到1.5V100ms的程序，尤其是电池电量不太充足时更易发生。由于采用浮动电压工作方式，虽然有时系统仍正常工作，但此脉冲形式的干扰输入对控制系统的影响是不言而喻的。这不仅影响单片机及其它芯片的工作稳定性，而且将对电池造成严重损伤。电池电量充足时不易发生此类问题，大量安装使用几年后此问题将带来较严重的后果。

已有一些代表性厂家采用了双电源设计，但采取共地设计。这不仅很难彻底解决上述问题，甚至可能因两组电池电压不同步而导致危险情况发生。采取光耦隔离后测试，测控板电压在电机驱动时只有微小波纹叠加，即便电池电量不充足，也绝无电压跳变现象发生，保证了测控板工作的长期稳定性。虽然增加了材料成本，但降低了售后服务成本，提高了企业信誉度，总体效益是令人满意的。

4 阀门模糊控制器设计

4.1 模糊控制的必要性

随着计测准确度的提高，近年来设计人员开始更加注重测控的另一方面，即控制，如开始采用智能控制技术控制阀门、为保护电池使用寿命而采用电机的软启动技术等。虽然水表行业规定六年强检，但根据我国的实际运作情况，IC卡水表应具有更高的使用寿命方能体现产品的价值。目前功耗已非主要矛盾，电池自身的寿命基本决