TM卡信息纽扣在预付费水表中的应用

时间，再恢复为高电平，则表明写入“0”；微机发出写负脉冲后立即将数据线拉高并维持特定时间，则表明写入“1”。完成数据写入后，数据线恢复为高电平，为微机继续向TM卡写入数据位作好准备。

2 TM卡预付费智能冷水水表设计

TM卡预付费智能冷水水表由基表、SCP微处理器系统、LCD显示驱动电路、电动陶瓷阀门及其控制电路、刷卡电路等部分组成。采用符合ISO4064B标准的CDTAR系列单流旋翼式冷水水表作为基表。该表计数机构与测量机构经磁耦合传动，可将用水量转换成电信号输出；表内设有磁保护装置，具有较强的抗外磁干扰能力。设计过程中重点对水表整机功耗、成本、体积、重量、外观等方面进行优化研究；水表控制器设计中采用了I2C总线、最小功耗设计、表面贴装技术专门定制LCD液晶驱动器模块以及产品造型设计等多项先进技术，完成嵌入式机电系统优化设计。

2.1 微控制器系统设计

使用的微控制器P87LPC76X属于MCS-51兼容型[2]，与标准51单片机相比，尽管只有20引脚，却提供了I2C通信总线、灌电流达到20mA的18条I/O口线、1个WDT看门狗定时器。它具有许多独特的功能，特别适用于设计高集成度、低成本、低功耗的智能设备。本项目

充分利用这些资源，扩展了I2C接口EEPROM、时钟芯片电路、LCD显示驱动电路，完成高集成化系统扩展设计。控制器硬件框图如图3所示。

2.2 水表控制器程序设计

P87LPC76X单片机检测到用户按键后，通过TM卡读写电路读入用户购买的水量，并保存到数据保存器EEPROM中，同时液晶显示模块显示用户购买的水量及表中剩余的水量。阀门驱动检测电路检测阀门开关状态，打开阀门，用户可以正常用水。水表每10升发1个计量脉冲，MCU通过计量检测电表每10升发1个计量脉冲，MCU通过计量检测电路检测到水表发来的脉冲后，从数据保存器EEPROM中保存的剩余水量中减去10升。当剩余水量为提示性关阀水量时，MCU通过阀门驱动检测电路关闭阀门。用户按键后控制电路打开阀门，恢复供水，当剩余水量为预设值（通常为零吨）时彻底关阀。整表工作状态检测电路主要实现整个控制电路的电池供电电压的检测、磁干扰检测、TM卡读写电路异常检测、阀门开闭异常检测等，并将整表工作状态信息保存到数据保存电路中，同时还写到TM卡中，以便于收费管理软件在读写用户TM卡时能及时了解用户水表的工作状态。用户在任何时候都可以按键，通过液晶显示用水情况及水表工作状态。程序流程如图4所示。

2.3 电池长寿供电与最小功耗设计

智能水表作为一种新型换代产品，必须具备良好的免维护性能，其设计目标应在规定整机寿命内，需要用户进行的相关操作越少越好。本设计采用以下技术措施，彻底解决了目前各类IC卡预付费水表均未能突破的电池供电最小功耗设计这难题，整机待机电流只有18～40μA。

①应用P87LPC76X单片机的节电模式，降低控制器功耗。CDTAR基表每10升发1个计量脉冲，若设用户每月充值1次，若再设计LCD显示器只有用户按键后显示一般时间后自动关闭，这意味着控制器只在极小的时间片内进行流量检测、读写TM卡和显示操作，控制器在绝大部分时间片内可以处于待机状态。P87LPC76X单片机支持掉电模式，掉电工作电流仅1μA。控制程序设计中，P87LPC76X单片机自检后即将PCON寄存器内PD位置“1”，进入掉电模式，以TM卡插卡中断、按键中断、流量脉冲中断、WDT定时中断（对应程序跑飞出错等故障）作为唤醒P87LPC76X的动作，P87LPC76X处理完相应中断服务后再次进入掉电模式。经测试发现，采用这一方式可使P87LPC76X以极低的平均电流实现对系统的控制操作。

②合理完善的接口电路低功耗优化措施，降低整机功耗。P87LPC76X进入掉电模式后，外围接口电路的功率消耗不可忽视。本设计中的外围接口电路主要有：EEPROM、LCD显示驱动、日历时钟、流量脉冲检测电路、阀门开闭控制电路等。为减小电流消耗，需对电路进行反复精简优化，采用的措施包括：应用I2C总线设计外围接口，降低功耗；尽量由P87LPC76X的I/O口线提供外围芯片供电或片选端控制；门电路使用CMOS电路；上拉电路采用小电流结构。

③灵巧合理的电动陶瓷阀门，降低控制执行机构耗能。自行开发了DC2.7～3.6V电池供电陶瓷电动阀门，其机械结构灵巧合理，动作电流仅120mA。设计独特的阀门开闭状态位置检测机构既保证了动作可靠性，也可避免无谓的电池能量损失。

④严密完善的电池寿命测算，保证长寿供电。设计中，我们选取武汉力兴14505M DC3.6V/3Ah功率型锂电池。该电池具有自放电电流小、瞬时电流大等优点，符合系统长寿供电要求。

结束语

三表（电表、水表、煤气表）智能网络工程是我国重点支持的新兴高技术产业，《中国住宅产品发展纲要》等国家建设部和科委的若干文件中都明确对三表提出了智能化、网络化要求。开发可靠价廉、易于推广应用的预付费智能卡式水表及其网络系统是今后智能水表行业的主要产业发展方向。本文介绍的基于TM卡的预付费智能冷水水表已通过江苏省质量技术监督局的样机试验检测。该表计量范围为0～99 999.999M 3。单电池工作寿命6～10年，工作稳定可靠，数据保密性强，具有良好的抗外力敲击、外磁干扰等恶性盗用能力。各项技术指标符合GB/T778.1.2.3-96《冷水水表》国家标准和

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