基于MSP430單片機(jī)的新型智能IC卡天然氣表設(shè)計(jì)

摘要：為了提高天然氣表的計(jì)量精度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)量的目的，采用靶式流量計(jì)作為信號(hào)采集模塊，通過測(cè)量水流中產(chǎn)生連續(xù)壓力信號(hào)的方法測(cè)量水流量，基于MSP430單片機(jī)開發(fā)了一種低功耗新型智能IC卡天然氣表。該設(shè)計(jì)具有始動(dòng)流量小、計(jì)量精度高、功耗低，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提高天然氣表的計(jì)量精度，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)滴計(jì)量具有重要意義。
關(guān)鍵詞：智能天然氣表；靶式流量計(jì)；MSP430；點(diǎn)滴計(jì)量

0 引言
隨著單片機(jī)技術(shù)的日趨成熟，在新型天然氣表的開發(fā)設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)技術(shù)，開發(fā)智能型天然氣表已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。傳統(tǒng)智能天然氣表的設(shè)計(jì)思想為：將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集接口傳遞給單片機(jī)，由單片機(jī)來控制特制閥門的開閉。其中的關(guān)鍵技術(shù)是通過脈沖傳感將機(jī)械計(jì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電子數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如霍爾傳感器、光電傳感器、干簧管傳感器、韋根傳感器、渦輪傳感器等。脈沖傳感器在信號(hào)變換和累計(jì)過程中易受外部機(jī)械振動(dòng)、電磁干擾、電源等因素影響，使系統(tǒng)計(jì)量精度受到限制，難以精確計(jì)量，測(cè)量結(jié)果誤差較大。
本文提出了一種采用靶式流量計(jì)通過測(cè)量靶的壓力來測(cè)量流量，基于MSP430單片機(jī)的低功耗智能IC卡天然氣表的設(shè)計(jì)方法。采用MSP430 F413單片機(jī)作為中央處理器對(duì)靶式流量計(jì)采集的信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)用氣量計(jì)量、總用氣量累計(jì)、月用氣量統(tǒng)計(jì)、天然氣費(fèi)計(jì)算與管理(報(bào)警金額、基礎(chǔ)用氣量、計(jì)劃用氣量)，以及閥門控制等功能。

1 低功耗智能天然氣表的工作原理及功能
新型智能天然氣表采用低功耗、高性能單片機(jī)處理器，配以家用天然氣表，采用靶式流量計(jì)測(cè)量流量的方式自動(dòng)計(jì)量用戶用氣量，實(shí)現(xiàn)“先付費(fèi)、后用氣”的預(yù)付費(fèi)控制功能。它可預(yù)置關(guān)閉閥門時(shí)門限氣量，當(dāng)剩余氣量等于規(guī)定的關(guān)閉閥門報(bào)警氣量時(shí)，將自動(dòng)切斷用戶天然氣，給用戶提示，并允許插卡恢復(fù)供天然氣。當(dāng)剩余氣量為零時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉閥門。若允許用戶透支，則插卡恢復(fù)用氣直至使用完透支氣量后才關(guān)閥。用戶每次將購(gòu)氣卡插入表后，天然氣表LCD顯示剩余氣量、累計(jì)用氣量、天然氣表狀態(tài)等相關(guān)信息，并將這些信息返寫到購(gòu)水卡中，以供售水管理系統(tǒng)入庫(kù)、查詢。同時(shí)還對(duì)電源、表殼安全等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，并進(jìn)行相應(yīng)的安全處理。

2 低功耗智能天然氣表控制系統(tǒng)硬件的組成
新型天然氣表的控制系統(tǒng)組成如圖1所示，主要分為以下幾個(gè)部分：主控CPU、靶式流量計(jì)、信號(hào)放大電路、閥門控制系統(tǒng)、IC卡通信系統(tǒng)、電源監(jiān)控系統(tǒng)、液晶顯示、安全監(jiān)控及聲音報(bào)警等子系統(tǒng)。

2．1 MSP430F413單片機(jī)簡(jiǎn)介
MSP430F413是美國(guó)TI公司推出的超低功耗FLASH型16位RISC指令集單片機(jī)，具有豐富的片內(nèi)外圍，是一款性價(jià)比極高的單片機(jī)。MSP430單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：
(1)低電壓、超低功耗。MSP430 F413單片機(jī)在1．8～3．6 V電壓、1 MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，其工作電流根據(jù)工作模式的不同在0．1～400μA之間。
(2)強(qiáng)大的處理能力。MSP430F413單片機(jī)采用RISC指令集，27條內(nèi)核指令，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；有較高的處理速度。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序。
(3)豐富的片內(nèi)外設(shè)。MSP430F413具有FLL+(頻率鎖相環(huán))時(shí)鐘系統(tǒng)，看門狗，帶有三個(gè)捕獲／比較寄存器的16位定時(shí)器(Timer-A)，片內(nèi)比較器，96段LCD驅(qū)動(dòng)器，48個(gè)通用I／O引腳，并且端口P1和P2具有中斷能力，每一引腳都可以單獨(dú)選擇中斷觸沿、單獨(dú)允許中斷。MSP430F4 13集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。
(4)高效的開發(fā)方式。MSP430F413具有FLASH存儲(chǔ)器JTAG接口，支持在線仿真和編程，能夠利用仿真器實(shí)現(xiàn)程序的在線調(diào)試與下載。MSP43 0F413為工業(yè)級(jí)的，運(yùn)行環(huán)境溫度為-40～+85℃，因此很適合作為便攜儀表和水、電表的主控芯片。