非接触式IC卡工业水表及其售水系统设计
3.1.2 基表（见图4）。
图4 基表电路描述图
(2) 稳压电源及反馈电路：正常情况下，基表部分的电池通过刷卡机的12V 电源充电。它为基表部分的MCU 和阀门电机供电。考虑到电路中同时出现三种电压：3.3V、5V、12V，若干电容被使用，用来去除高频、低频毛刺，保证各电源不受污染以及信号的有效性。稳压电源电路的设计与刷卡机部分类似。基表部分使用了12V - 7.0Ah/20HR 的可充点蓄电池，电池特性说明，实际电压随电量的有效值同步变化。反馈电路采样电池电压，并把实时采样结果返回给MCU，MCU 根据采样结果判断电池电量是否足够维持当前系统的正常工作，并作出相应处理。
(3) 阀门驱动及反馈电路：两条电源线分别接阀门电机的两端，电机工作的条件是两端有电压差；继电器配合采样电路，准确、及时地为电机提供接通、切断电源的信号。实验证明阀门驱动及反馈信号电路均能支持正常工作。
(4) MCU：微处理器选用Freescale 公司的8 位MCUMC68HC908JL8。
3.2 软件设计
3.2.1 刷卡机部分。
刷卡机由以下5 部分组成。
(1) 稳压电源及反馈：程序中主要以中断的方式判断220V 电源的供电情况是否正常，但MCU 在工作时，会有其他中断和需要关闭中断进行长时间操作的程序块，因此存在丢失220V 中断的情况；程序实现时，结合查询方式，很好的避免了上述意外情况。在确认市电断电后，系统报警，错误指示灯闪烁。
(2) 汉字点阵LCD：该LCD 提供了汉字与ASCII 字符的显示。
(3) IC 卡读写卡模块：为了保证一户一卡、一表一卡，IC 卡中添加了密码与特定用户信息，刷卡过程中，所有信息都吻合时才可以对其读写；从另一个角度来讲，仅有系统设计人员才能更改其中的内容。
(4) MCU：系统采用消息驱动的编程方式，上述任何一部分在发生或需要的时候，相应功能模块才会被执行；同时考虑到各模块及其他程序执行时间的先后顺序，系统给出了有效合理的安排。
(5) 串行通信：刷卡机与阀门每隔约2.3 秒进行一次通信握手，如有通信线故障，系统会立刻报警并给出提示。
3.2.2 基表部分。
基表由以下六部分组成。
(1) 时钟模块：该模块有两个用途：
①为防止阀门锈蚀，系统会定期转动阀门，该时间间隔是15 天；
②当刷卡机部分的电源转换器不能为基表电池充电，并且电池本身电量降到某一低限时，MCU 也要记时，并在一小时后关闭阀门。
(2) 水量记录：水量记录以中断的方式触发，并及时给予处理。记录信号的接收，需要考虑到了以下几点：①接收的方法：以低电平触发，一个下降沿代表一个记录脉冲，软件上为正确判断，使用两个引脚并以互补的方式接收下降沿，保证不丢失和添加任何一个记录信号；②屏蔽外接干扰：基表埋入地下，可以避免绝大多数干扰，另外自身提供了磁干扰的硬件判断的电路，软件上以中断方式触发，一旦发现异常，阀门关闭。工业水表的口径较大，单个记录信号所需要的时间非常段，因此在单位时间内会有若干记录中断信号；在其他处理时间比较长的过程中，肯定会出现记录信号与此过程冲突的现象；基于上述两种考虑，为了保证在刷卡时不丢失记录信号，程序除了在中断中及时处理记录信号外，必须还要支持该信号的累加，而后再处理的记录方法。
(3) 水量计算：所有关于水量的计算、存储都是以BCD 码为基础。程序上，提供了多位BCD 码的加、减和比较的子程序，具有很好的通用性。
(4) 电源模块：中断与查询相结合的方式判断电池的供电情况，功能与刷卡机部分电源模块相同。
(5) 阀门驱动及反馈模块：阀门设置了三种状态：堵塞、打滑、正常，程序根据开、关阀过程对阀门状态做出判断，在阀门动作失败后，程序会再一次尝试其他方法完成上述动作，并记录最终的状态。
(6) MCU：系统同样采用消息驱动的编程模式；基表部分MCU 的RAM 内存放着当前用户的水量信息，记录信号累加到RAM，并定期写入FLASH；水表的水量和用户信息存在于FLASH 内，掉电后数据不会丢失，可以保存十年以上的时间。基表部分MCU 内程序的特殊考虑，使其具有很强的独立性，并表现在这样两个方面：①任何一个刷卡机都可以与用户特定的基表匹配；②基表可以脱离刷卡机单独工作。考虑到用户刷卡过程中交互的数据量大，操作时间相对比较长的问题，MCU 在刷卡机与基表的通信和基表数据的更新上做了许多保护性措施，可在刷卡结束后判断是否刷卡成功，支持失败后的可以重新刷卡。基表部分的MUP 在初次上电并进入正常工作后，MCU 内RAM 和FLASH 内记录了用户水量等重要信息，绝不允许其掉电，原则上不会出现掉电现象，但为了避免不可能中的万一，系统还是设置了冷热复位的判断和处理，该操作既可以保证RAM 区水量正确，更保证了水量的一致性，也即累计用水、剩余水量、本次购水之间的数值关系。
3.2.3 监控程序
Freescale 公司的MC9S08GB32是刚刚推出的一款具有16 位单片机性能的8 位单片机。它的封装形式从传统MCU 的DIP 转为LQFP，焊接时带来了许多困难，不适合取下重新写入程序。因此，在开发前编写了GB32 的监控程序及其在线编程系统，通过串口便可方便对开发板上的GB32 编程。
4 售水系统设计
售水系统包括售水系统软件和读写卡器。软、硬件结合
4.1 售水系统软件
售水系统实现发行IC 卡(开户)、售水、用户信息查询、售水信息查询、图表打印、系统维护等功能。同时含有发行清零卡、反读卡、工作卡、清卡、读取反读卡等卡操作，和用户过户、数据备份等功能。系统分管理员、操作员两种模式进入。管理员主要实现查询、特殊功能和系统维护等操作；操作员主要实现查询、特殊功能、开户和售水等操作。
系统提供了多种查询方式：
①用户信息查询：可根据用户号、姓名、开户日期、公司地址四种方式查询用户信息；
②售水信息查询：管理员可以查询统计售水情况，该功能模块有四个字功能模块，即组合查询模块、收盘统计模块、按用户名称查询模块和黑名单统计模块。
特殊功能有用户过户、数据备份、数据导入、清卡、读反读卡，管理员模式下多一个修改操作员密码的功能。系统维护包括参数设置（具体参数有：每表附加费、每吨附加费、水价类型、卡类型、口径、报警水量、透支水量、管理员、操作员、单位名称）、发行清零卡、发行反读卡、发行工作卡。开户和售水是用水的前提，也是售水系统最基本的功能；开户或每次售水后，相应的数据均写入数据库；如果用户卡丢失，系统可以根据之前记录补卡。
售水系统基于客户服务器模式（C/S）设计的，后台数据库用的是Microsoft SQLServer2000，适用于基于分布式网络售水的应用。同时，根据公司要求，考虑到本售水系统也能适用于规模比较小的单点售水，在数据库设计时，使其兼容ACCESS 2000。这样，售水系统管理软件在实际应用时，可以根据应用规模的大小，选择不同的后台数据库管理软件，增强了软件的适应性，可扩充性，使之具有更大的灵活性。
图5 描述了售水系统中操作员可执行的系统功能。
图5 售水系统软件功能模块图（操作员）
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