目前，水资源短缺是一个世界性的问题，将成为制约国民经济和社会发展的重要因素。目前我国水资源的状况是资源短缺与使用浪费并存，价格是资源优化配置的调节杠杆，因此合理的水价是节水的关键。
为适应国家用水制度改革，在原有智能水表的基础上，增加了阶梯收费和多费率核算功能。水表接收阶梯水价的相关用水参数，根据当月用水量的变化实时调整水表内部的现行(阶梯)单价，并根据用水参数和当月用水量实时计算水表内的剩余量，方便水表用户和供水部门的管理。为了减少“先供水后收费”带来的财政压力和社会水资源的浪费，本文开发的IC卡智能水表系统可以有效解决上述问题。
1系统组成和工作原理
基于MSP430F413的IC卡智能水表的组成如下图所示：
IC卡智能水表通过测量和控制流经自来水管道的总水量来工作。当一个计量脉冲到来时，单片机从睡眠状态变为工作状态，通过微处理器进行相应的计费处理：当用户在单位时间段内用水量达到一定吨时(一般按月计算)，水价随着用水量的增加而阶梯式上涨，用水量越多，使用的水价越高。水表接收阶梯水价的相关用水参数，实时调整水表内部的现行(阶梯)单价，并根据用水参数和当月用水量实时计算水表内剩余量等用水数据。当用户剩余用水量达到预设的报警量(报警量由水表管理部门设定)时，水表会自动关闭阀门并发出报警，从而提醒用户尽快购买水。当已充值的IC卡插入水表进行充值时，IC卡水表中的单片机首先识别IC卡密码并确认无误，然后读入购买的水量并与水表中的剩余量累加，水表按照卖水部门的阶梯水价实时收费并定期结算。结算后，当前用水量归零，实时累计总用水量，写入IC卡水表内存，控制电磁阀开启。充电水表的工作状态和充电量将显示在LCD上。当水表手动拆卸或剩余水量低于设定值时，水表会报警并及时关闭阀门，数据保存在内部Flash中。
2硬件设计
IC卡智能水表的硬件系统主要包括以下电路：微处理器、IC卡接口、液晶显示、水表检测、电源检测、电控阀门控制接口和声音报警电路。
(1)微处理器。微处理器是整个智能水表的核心，负责信息判断、识别、运算和处理。经过性能、质量、价格的对比，微处理器是TI公司的MSP430F413。这款单片机是超低功耗Flash 16位RISC指令集单片机，片内外设丰富，工作电压1.8V ~ 3.6V，内置24x4段的LCD驱动，可以降低体积和成本。特别适合各种需要低功耗的地方，比如电池或者手持设备。
(2)IC卡接口。从节约成本的角度考虑，IC卡的接口是复旦微电子股份有限公司生产的FM4442存储卡.它采用0.6微米CMOS EEPROM技术，并具有256字节的用户存储器，32字节的写保护是
(3)液晶显示器。液晶显示器作为水表的输出接口，主要用于输出水表的各种运行状态和相关数据。此外，它还具有用户提示功能。为了降低功耗，节约成本，设计中采用了专门定制的液晶显示器。其界面如图3所示：
液晶显示器作为水表的输出接口，不仅显示电磁阀的通断状态、表内剩余量(余额为负时表示水表透支)、累计用水量、电池状态、本月累计用水量、分段(阶梯水价时每个水价的吨限值)显示、单价(当前水价)显示、当前日期和当前时间，还有提醒用户及时充值的信息和错误信息。
3软件设计
IC卡智能水表的软件设计采用模块化处理，主控程序包括：系统初始化、状态判断、流量脉冲和用水量处理、报警提示和低功耗模式处理，其中关键是充电处理部分和看门狗的初始化。功能子程序包括：IC卡连接IZl模块(包括IC卡有效性判断、读写和IC卡解密加密)、收费处理模块(包括阶梯水价分段收费判断和处理)和阀门控制模块。系统的主程序流程图如图3所示。
图4主程序流程图
系统初始化包括设置MSP430F413的堆栈、端口、中断和LCD控制寄存器，使CPU能够正常工作。系统初始化后进入低功耗模式，直到被各种中断情况唤醒，然后进入相应的中断服务程序。
4系统功能
设计开发的IC卡智能水表不仅集成了预付费、阶梯水价收费和故障检测功能，还具有以下特殊功能：
(1)自动报警功能：当剩余水量达到设定的报警量时，水表会自动关闭阀门，切断水源，提醒用户买水。
(2)透支功能：当剩余水量达到设定的透支量时，水表会自动关闭阀门，切断水源；此时，只有“用户卡”充值买水，才能打开水表阀门。
(3)自动保护功能：当水表遇到磁干扰时，水表会自动关闭阀门；同时水表记录各种干扰状态。水表装有防拆卸装置，自行拆卸时会进入锁定状态。
(4)电池欠压提示功能：当电池电量低时，控制器会自动关闭阀门，切断供水，提醒用户更换电池；同时，剩余水量和实际用水量的记录数据将被锁定，更换新电池后，原有的用水量信息数据不变。
(5)可随时提供累计用水量、当前用水量和可用水量。为了方便用户及时掌握用水情况，您可以随时插入用户卡，查看累计用量、剩余数量、单价和当月用量。
5结论
本文研制的智能IC卡水表已经研制成功并投入生产。该水表集预付费、阶梯水价收费、故障检测和报警功能于一体，具有读数清晰、计量准确、管控方便的特点。而且水表有水的价格参数，如现行单价、阶梯水价等。)和多费率计费实时时钟佣金的准确时间标准)。更重要的是，按量计费，而不是按水量计费，避免了充值时相互转换找零的麻烦，有效提高了居民用水计量收费管理的现代化水平，在实际应用中取得了良好的效果。
