毕业设计（论文）-ic卡热量表的设计

1IC卡热量表的设计THEDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFICCARDHEATMETER申请学士学位专业电气工程及其自动化本科生指导教师兰州交通大学二一年六月2中文摘要在经济发达国家，户用热量表的应用已经相当广泛。热量表作为供热公司与用暖用户之间收费的计量依据，不仅已被用户广泛接受，而且能明显地起到节能的作用。对于改革开放的我国来说，依据国际惯例，供暖计量收费势在必行。热量表的计量是手段，实现合理收费才是目的，采用预付费热量表是供暖体制改革的必然趋势。目前市场上热量表产品种类繁多，但或多或少的存在各种问题。本文研究了热量计量的科学方法，采用最新的元件和较为先进的电子技术，从软件和硬件不同方面系统的采取多种技术手段，精心设计，极大地降低了仪表的功耗，提高了仪表的测量精度，使仪表具有较高的可靠性，科学的计算用热量，为用暖用户与供热公司之间提供了准确的收费依据；具备预付费功能，从根本上解决供热公司供热收费难的问题。同时针对市场上的众多预付费热量表的数据安全性不够理想的情况，从IC卡密码安全、卡上数据加密、数据校验等几个方面进行深入工作，提出了一个新的“一卡一密、数据加密、双向鉴别”的综合数据安全方案，该方案简单实用、安全可靠，能有效防止系统数据遭受攻击，为IC卡预付费仪表提供了一个新的思路。关键词IC卡热量表低功耗数据安全性加密鉴别3ABSTRACTINECONOMYDEVELOPEDCOUNTRIES,RESIDENTIALHEATMETERSHAVEGAINEDQUITWIDEAPPLICATIONHEATMETER,ASTHEMETERINGBASISFORCOLLECTINGFEESBETWEENHEATSUPPLYCOMPANIESANDHEATUSERS,NOTONLYHASBEENWIDELYACCEPTEDBYUSERS,BUTALSOHASPERFORMEDADISTINCTFUNCTIONINECONOMIZINGENERGYASFARASOURREFORMINGANDOPENINGCOUNTRYISCONCERNED,ACCORDINGTOINTERNATIONALCONVENTION,HEATSUPPLYINGCHARGINGBYMETERISIMPERATIVEMETERINGBYHEATMETERSISONLYAMETHOD,WHILEREALIZINGREASONABLECHARGINGISOURPURPOSEFURTHERMORE,THEUSEOFPREPAYMENTHEATMETERSISTHECERTAINTRENDFORHEATSYSTEMREFORMDESPITEMANYKINDSOFHEATMETERSAVAILABLEINCURRENTMARKET,THEREAREDIFFERENTPROBLEMS,MOREORLESS,INTHEMAFTERMAKINGRESEARCHESONTHESCIENTIFICMETHODSOFHEATMETERING,WEFIRSTUSETHELATESTCOMPONENTSANDTHECOMPARATIVELYADVANCEDELECTRONICTECHNOLOGY,ANDTHENSYNTHETICALLYUSEMANYTECHNIQUEMETHODSFROMDIFFERENTASPECTSOFSOFTWAREANDHARDWARE,ANDFINALLYMAKEANELABORATEDESIGN,WHICHEXTREMELYREDUCESTHEEFFICIENCYCOSTOFTHEMETER,PROMOTESTHEMEASURINGPRECISIONOFTHEMETER,ANDMAKESITHAVEMORERELIABILITYONTHEOTHERHAND,THESCIENTIFICNATUREOFMETERINGTHEHEATUSEDPROVIDESANACCURATEBASISFORCOLLECTINGFEESBETWEENHEATINGUSERSANDHEATSUPPLYCOMPANIESPOSSESSINGTHEPREPAYMENTFUNCTIONESSENTIALLYSOLVESTHEDIFFICULTPROBLEMTHATHEATSUPPLYCOMPANIESCOLLECTHEATINGFEESINTHEMEANWHILE,INVIEWOFTHESITUATIONTHATTHEMAJORITYOFTHEHEATMETERSONTHEMARKETHAVENTSOLVEDTHEDATASECURITYPROBLEMPERFECTLY,WEMAKEADEEPINVESTIGATIONFROMTHEPASSWORDSECURITYOFTHEICCARD,ENCRYPTINGANDCHECKINGTHEDATAONTHEICCARD,ANDSEVERALOTHERTOPICSWETHENPROVIDEANOVELCOMPREHENSIVEDATASECURITYDESIGNSCHEMETHATCHARACTERIZEDBY“ONEPASSWORDPERCARD,DATAENCRYPTING,ANDTWOWAYRECOGNIZING”THISSCHEME,SIMPLEANDPRACTICAL,SAFEANDRELIABLE,ISABLETOEFFECTIVELYAVOIDTHEATTACKSONSYSTEMDATA,ANDPROVIDEANEWIDEAFORTHEICCARDPREPAYMENTMETERSKEYWORDSICCARDHEATMETERLOWEFFICIENCYCOSTDATASECURITIESENCRYPTINGRECOGNIZING4目录第一章绪言111课题背景、内容和意义112本论文的主要研究工作和创新之处113本文结构1第二章IC卡热量表总体结构321原理3211热量计算原理3212IC卡热量表工作原理322IC卡热量表总体结构4221流量传感器4222温度传感器5223电动阀5224CPU及其他元器件6225IC卡6226供电方式6第三章硬件部分831CPU8311低功耗的实现快速起动和省电模式105312强大的处理能力13313片内12BITADC14314FLASH存储器15315输入输出端口及中断1732温度测量电路18321温度测量电路原理19322线性校正1933流量传感器20331技术参数21332工作原理21333防窃热功能2134LCD液晶显示2235供电系统和节电方式22351采用LI/SOCL2高能电池供电23352运放电路的电源控制2436电动阀驱动2537IC卡及接口电路26371SLE4442卡26372IC卡接口电路276第四章软件部分2941系统概述3042睡眠及唤醒3143A/D转换子程序3344FLASH信息存储器的改写3545LCD液晶显示子程序3846按键处理子程序41第五章结束语43参考文献44致谢457第一章绪言11课题背景、内容和意义在经济发达国家，户用热量表的应用已经相当广泛。热量表作为供热公司与用暖用户之间收费的计量依据，不仅已被用户广泛接受，而且能明显地起到节能的作用。对于改革开放的我国来说，依据国际惯例，供暖计量收费势在必行，为此，中华人民共和国建设部76号令民用建筑节能管理规定于2001年2月28日发布。此令的发布，标志着沿用多年的“免费取暖”这一不符合经济发展规律的制度的结束、热能商品化时代的到来。建设部也发布了编号为CJ1282000的行业标准热量表，自2001年6月1日起实施。热量表由于应用前景极为广阔，受经济利益的驱动，在短短的时间内，国内外有许多厂家进军热量表市场，造成了热量表产品的种类繁多，但或多或少的存在各种问题有的只具备计量功能，不能满足供暖体制改革的要求，有的热量计算不科学，不符合行业标准，有的虽然具备预付费功能，但是数据安全性不够，有的造价太高，凡此等等。因此天津市电力科学研究院和热电公司合作研究，对我国国情，开发符合行业标准的新型IC卡热量表，力争在低成本、高精度、高可靠性等之间达到最佳，提供用暖用户与供热公司之间收费的计量依据，从根本上解决供热公司供热收费难的问题。本人是此项目的硬件、软件的主要设计和实施者。12本论文的主要研究工作和创新之处本文研究了热量计量的科学方法，采用最新的元件和较为先进的电子技术，从软件和硬件不同方面系统的采取多种技术手段，精心设计，极大地降低了仪表的功耗，提高了仪表的测量精度，使仪表具有较高的可靠性，科学的计算用热量，为用暖用户与供热公司之间提供了准确的收费依据；具备预付费功能，用户预热量用完后，电动阀关闭，停止供热。当用户将已购热量的IC卡插入仪表的IC卡接口时，仪表读入已购热量，电动阀打开，恢复供热，从根本上解决供热公司供热收费难的问题。同时针对市场上的众多预付费热量表的数据安全性不够理想的情况，从IC卡密码安全、卡上数据加密、数据校验等几个方面进行深入工作，提出了一个新的“一卡一密、数据加密、双向鉴别”的综合数据安全方案，该方案简单实用、安全可靠，能有效防止系统数据遭受攻击，为IC卡预付费仪表提供了一个新的思路。13本文结构本文主要围绕IC卡热量表的提出、构建方案和实现，按照从分析、设计到实现的顺序展开论述。内容概要如下第二章IC卡热量表总体结构，先从原理上论述了热量计算原理和IC卡热量表工作原理。第三章硬件部分，具体从CPU、温度测量电路、流量传感器、LCD液晶显示、供电系统和节电方式、电动阀驱动和IC卡及接口电路等方面对IC卡热量表的硬件实现加以祥述。第四章软件部分，详细论述了睡眠及唤醒、A/D转换子程序、FLASH信息存储器的改写、LCD液晶显示子程序、按键处理子程序等软件程序的实现。8第五章结束语，对研究工作的总结和对未来工作的展望。9第二章IC卡热量表总体结构21原理211热量计算原理在供热用户中安装热量表，当热水流经供热用户时，根据流量传感器给出的流量和配对温度传感器给出的供回水温度，以及热水流经的时间，通过计算器可计算并显示供热用户所吸收的热量，其基本公式为212IC卡热量表工作原理平时仪表处于低功耗模式。当流量传感器发出流量脉冲或用户插入IC卡时，仪表被唤醒。首先将存储在热量表中的用户热量剩余值Q1取出并在LCD上显示，接着判断是否是流量脉冲到来，若是则启动运放和A/D转换电路，测量此时的供水温度值和回水温度值，经过一定的运算得到这段时间中（这次与上次仪表被流量脉冲唤醒的这段时间间隔）用户消耗的供热量Q，上次的用户预购热量剩余值Q1减去Q后，得到的就是新的用户预购热量剩余值Q，如果该值小于某一值时，仪表输出指令关闭电动阀，停止了对用户的暖气供应，热量表也重新进入低功耗模式。此时用户可以持IC卡到供热销售网点购买热量。当该用户将已经购热的IC卡插入热量表的IC卡接口中，热量表从低功耗模式中唤醒，如果IC卡是合法卡，热量表将IC卡中储存的预购热量数据解密后与原来的用户预购热量剩余值相加得到新的用户热量剩余值，同时擦除IC卡中储存预购热量数据，打开电动阀，从而恢复了对用户的暖气供应，热量表随后又进入低功耗模式。预购热量剩余值、累积热量、供回水温度、累积流量、累积工作时间可以用按键选择查看。若热量表电池能量不足，热量表显示相应符号，提示用户更换电池；若用户热量预购剩余值过少时，热量表提示用户需要购热。22IC卡热量表总体结构IC卡预付费热量表由流量传感器、温度传感器、微处理器、IC卡接口、LCD10显示、电动阀、按键等组成。其原理框图如图21所示221流量传感器目前热量表中使用的流量传感器主要有以下三种类型叶轮流量传感器、超声波流量传感器、电磁式流量传感器。1、叶轮流量传感器叶轮流量传感器是通过叶轮的转速测量热水的流量。按口径分为小口径和大口径。小口径表（40MM）又分为单流束式、多流束式和标准机芯型多流束式三种，大口径则分为水平螺翼式和垂直螺翼式二种。表的计数器按是否与热水接触又分为干式和湿式二种。干式传感器的叶轮转速通常是通过磁耦合的方式传递给计数器的，湿式传感器则是通过机械连接的方式进行传动，即整个计数器浸在水中。叶轮式流量传感器在规格上从小口径到大口径已形成系列化，能满足不同使用范围的要求。因为叶轮式流量传感器中有可动部件，所以对供热介质的要求较高，通常在安装上要求配套过滤器，以防备杂质对表的损伤。但因其测量原理和结构相对简单，所以价格较低。2、超声波流量传感器超声波流量传感器是通过波在水中的传输速度在顺水流和逆水流的方向不同的而求出热水的流速的方法测量热水的流量，波是通过压电晶体发射和接受的。按测量原理的不同超声波流量传感器分为多普勒频率法、频差法和时差法等三种，目前大部分采用的时差法。另外按晶体探头在内部安装位置的不同，即波穿过整个流体截面的形式不同又分为很多种式。在理论上讲，当波在管道的径向（斜向）穿过流体截面的次数越多，其测量准确度就越高。而将探头安装在管道的轴向中心的方式因为其一方面严重扰乱了流场的分布，另一方面其测量的流体流速不具整个流束截面的代表性，所以是不可取的。因超声波流量传感器的测量腔体内部没有任何可动部件，所以对介质的成份或杂质含量没有要求。其使用寿命可达20年以上，但其结构较为复杂、价格昂贵，不适用于户用计量。3、电磁式流量传感器电磁式流量传感器是按法拉第定律测量热水的流量，与超声波一样其内部也没有任何可动部件。唯一不同之处是它对供热介质的电导率有要求（10S/CM，较洁的水可达到要求）。因其结构原理复杂、价格较高且通常要求220V交流供电，所以通常不适用于户用11计量。由于热量表采用电池供电，要求流量计耗电尽可能的低，同时也为了降低成本，我们采用旋翼式远传流量传感器来进行对供热流量的计量并采取了相应的技术措施防止窃热。222温度传感器我们采用PT1000铂电阻元件测量供回水温度。PT1000元件有测温精度高、可靠性好、长期稳定性好、在0100线性度较好等优点，符合中华人民共和国城镇建设行业标准CJ1282000。223电动阀由于本仪表用电池供电，这就对电动阀提出了特殊的要求耗电极少。为了满足这种特殊要求，我们采用了一种新型电动阀它采用脉冲线圈，只是在最初启动时需要几十毫秒的电流脉冲。在打开阀后可以断电。需要电动阀再次动作时，通一个反向的电流脉冲即可。224CPU及其他元器件CPU采用德州仪器的MSP430F135芯片，相比其他芯片，它有如下优点1电源的高效率电池缩减/电池寿命延长电源电路简化/可远程供电2硬件简化外部元件极少集成ADC3加速产品开发用FLASH或OTP型可快速制作样机用FLASH型可作现场更新容易学习和设计程序代码效率高4廉价的微控制器MSP430和开发工具FETLCD显示采用长沙太阳人电子公司的SMS0810B热量表专用显示模块；运放采用德州仪器公司的极低功耗的运放TLC27L9。225IC卡我们采用的IC卡是SLE4442逻辑加密卡，它由EEPROM单元阵列和密码控制逻辑构成，具有一定的保密逻辑功能，不像存储器卡那样可以被自由擦写，也不需要像CPU卡那样需要进行复杂的密码计算，成本也低，非常适合热量表。226供电方式目前热量表的供电方式有如下几种1外接电源使用市电给热量表提供电源是不足取的。不能因为停电就得停热，否则就需要蓄电池组和充电电路。蓄电池在停电后能坚持多少时间、蓄电池充放电次数和寿命有多少、成本、体积、可靠性都存在问题。2碱性电池少量产品采用了此类电池，但必须有阀门控制，由用户更换，一般四节AA电池可以连续工作一个采暖期，电池接近设定值时关闭阀门，迫使用户更换电池。采用这种方案特点电池供应可以得到保障，系统工作可靠，但要解决电池盒的防护和防水密封问题。3锂电池现在市场上推出的热量表，基本都采用锂离子电池。其特点是容量大，可以密封在产品中。根据理论计算可以使产品工作很多年，但是，国外经过验证的锂离子电池，但价格十分昂贵。国内的锂电池也是新兴产业和技术，发展迅速。我们采用锂/亚硫酰氯柱式电池供电。在所有商品化一次化学电源中，LI/SOCL2电池的比能量名列前茅，具有电池开路电压高（单体电池36V）；工作电压平稳,90以上容量12均在高平台上放出。高而稳定的电压，宽广的使用温度范围45C70C和长的搁置寿命5年10年，以及高的安全性和可靠性，使它特别适用于热量表。第三章硬件部分31CPU中央处理器采用TEXASINSTRUMENTS公司的超低功耗微控制器MSP430F135，具有极高的性能价格比。1超低功耗18V36V供电电压范围200A1MHZ,22V，活动模式。07A备用模式，01A保持数据。6S从备用模式唤醒。2强大的处理能力MSP430F135具有丰富的寻址方式，但只需简洁的27条指令；片内寄存器数量多，存储器可实现多种运算；有高效的查表处理方法。这些特点保证了可以编制出高效的程序。MSP430F135的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只需6S。3丰富的片上外围模块MSP430F135由以下部分组成基础时钟模块，包括1个数控振荡器（DCO）和2个晶体振荡器。看门狗定时器WATCHDOGTIMER，可作通用定时器。带有3个捕捉/比较寄存器的16位定时器TIMER_A3。带有3个捕捉/比较寄存器的16位定时器TIMER_B3。2个具有中断功能的8位并行端口P1与P2。4个8位并行端口P3、P4、P5、P6。模拟比较器COMPARATOR_A。12位A/D转换器ADC12。1个串行通行接口USART0。4多种存储器形式MSP430F135有16KB256字节FLASH,512字节RAM。5方便高效的开发方式MSP430F135具有FLASH存储器，这一特点使得它的开发工具相当简便。利用单片机本身具有的JTAG接口，可以在一台PC及一个结构小巧的JTAG控制器的帮助下实现程序的下载，完成程序的调试及更新。1314311低功耗的实现快速起动和省电模式由于热量表是以普通居民为用户的，使用市电给热量表提供电源是不足取的。不能因为停电就得停热，否则就需要蓄电池组和充电电路。蓄电池在停电后能坚持多少时间、蓄电池充放电次数和寿命有多少、成本、体积、可靠性都存在问题。而采用电池供电就对系统的低功耗提出了很高的要求。MSP430F135就是为超低功耗应用开发的，最明显的优点就是功耗极低。从图32我们能清楚的看到这一点。我们在这里把MSP430F135与MCS51的功耗作一比较在8MHZ时钟下，MCS51正常工作时消耗电流为24MA（VCC5V）；待机方式时消耗电流为3MA；掉电方式时消耗电流为50A；而在1MHZ时钟下MSP430F135工作在活动模式时的消耗电流为315A（VCC3V）工作在低功耗模式（LPM3时）MSP430F135的消耗电流仅为2A。从以上的对比我们很容易的得到一个结论MSP430F135特别适合于要求低功耗的场合。MSP430F135以多种工作模式来支持超低功耗的各种要求，共有6种工作模式活动模式AM、低功耗模式0（LPM0）、低功耗模式1（LPM1）、低功耗模式2（LPM2）、低功15耗模式3（LPM3）、低功耗模式4（LPM4）。图33是MSP430F135在不同工作模式下电流消耗的典型值。当工作在低功耗模式时，因为禁止CPU及时钟工作，达到了降低电流消耗的目的。在这里，MSP430F135的时钟模块起到了关键作用。MSP430F135的基础时钟模块包括1个数控振荡器（DCO）和2个晶体震荡器。基础时钟模块对于达到低廉的系统成本和微弱的系统功耗的设计目标是非常重要的。利用它的3个内部时钟信号，我们可以在系统的低功耗和高性能之间得到最佳的平衡。基础时钟模块可以在各种情况下工作无任何外接元件、无外接电阻、用1个或2个晶体、用1个外接电阻或者是上述各种时钟发生方式的任意组合。基础时钟模块可以作为一个字节模块由CPU访问。基础时钟模块的结构见图34。LFXT1CLK低频时钟源，可以用低频钟表晶体工作。XT2CLK高频时钟源，可外接450KHZ8MHZ的晶体。基础时钟模块可以提供3种时钟信号ACLK辅助时钟，可以用软件选作各外围模块的时钟信号。MCLK主时钟，用于CPU和系统。SMCLK子时钟，由软件选择用于各外围模块。在实际应用中，XIN、XOUT/TCLK外接32768HZ低频钟表晶体，可取代时钟芯片，进行时间的精确定位和记录。XT2IN、XT2OUT外接8MHZ晶体，用于CPU、片内ADC12等主系统。16活动模式（AM）中CPU、时钟均处于活动状态，通过控制位可以使MSP430F135进入低功耗工作模式中，我们这里说的是低功耗工作模式3（LPM3）。在LPM3中，CPU被禁止；MCLK被禁止；SMCL被禁止；DCO被禁止；DCO的DC发生器被禁止；ACLK保持活动。一个中断事件可将系统从低功耗工作模式中唤醒，而RETI指令又使CPU返回到中断事件发生前的工作模式312强大的处理能力MSP430F135是16位CPU，运算速度快，具有丰富的寻址方式，但只需简洁的27条指令；片内寄存器数量多，存储器可实现多种运算；有高效的查表处理方法。这些特点保证了可以编制出高效的程序。我们可将MSP430F135与典型的8BIT单片机作速度比较1MSP430F135采用32KHZ晶振，DCO作为主时钟发生器，主时钟4MHZ250NS，1机器周期/指令，250NS指令周期，16位操作。2典型的8BIT单片机采用20MHZ晶振，内部4分频，主时钟5MHZ200NS，5机器周期/指令，1000NS指令周期，8位操作。MSP430F135有14个16位寄存器用于存放数据和地址。全部CPU寄存器见下表17MSP430F135采用了精简指令（RISC指令），总共才27条，采用模拟指令后为51条。它的寻址方式也相当灵活，对源操作数的全部7种寻址模式和对目的操作数的全部4种寻址模式可以访问整个地址空间。寻址模式一览表如下313片内12BITADC热量表需测量用户入口水温度、出口水温度，精度要求很高，对A/D的分辨率有较高要求。MSP430F135芯片中内含8通道12位ADC，具有高速、通用的特点。采用片内ADC有很多好处价格低廉、使用方便、不存在与CPU的接口问题等。热量表的测温范围为0100。MSP430F135片内ADC具有12位精度。从理论上说，若不考虑前向通道的误差，片内ADC的测温分辨率可达到100/2120024，完全可以满足要求。ADC12的结构如下18图35ADC12结构它具有以下5大功能模块，都可以独立配置，即带有采样/保持功能的ADC内核。可控制的转换存储。可控制的参考电平发生器。可控制和选择的时钟源。可控制的采样及转换时序电路。ADC12可以对8个外部模拟信号之一作转换。工作时可以用内部参考电平或外部参考电平。ADC12有4种工作模式，可以在单通道上实现单次转换或多次转换，在序列通道上实现单次转换或重复转换。对于序列通道转换，采样顺序完全由用户来定义。转换结果保存在16个转换存储寄存器中。每个寄存器有各自相应的配置及控制寄存器，用户可以为准备存储的转换结果选择采样通道和转换所需参考电平。实际应用时，我们将入口水温度经调理后的信号接入A0,A2,A4,A6；出口水温度经调理后的信号接入A1,A3,A5,A7。然后将转换结果作进一步运算处理，这样做的目的是为了提高精度。为了更进一步降低功耗和成本，使用ADC12的内部15V参考电平，转换时打开内部参考电平发生器，转换完毕后关闭，而且AD内核也可以在转换后关闭，因此大大降低了功耗。314FLASH存储器MSP430F135有16KB512字节FLASH,256字节RAM。存储器空间采用“冯纽曼结构”，ROM、RAM和外围模块由同一组地址及数据总线连接在同19一个地址空间中。因此可以用相同的指令访问ROM、RAM或者外围模块，也可以执行RAM中的程序代码。图36为存储空间的结构。FLASH存储器由多个不同体积的模块组成。所谓FLASH存储器模块是一个可独立操作的物理存储器单元。一个模块又分为多个段。下图是MSP430F135的FLASH存储器结构。20主存储器按512BYTE分段，信息存储器按128BYTE分段，各分段可单独擦除或同时擦除。FLASH存储器的基本功能有在程序执行时提供代码和数据。在软件控制下作一段、多段或整个模块的擦除。FLASH存储器绝大多数时间工作在读模式，这时数据、地址锁存器是透明的，时序发生器和电压发生器关闭。当数据写入FLASH存储器模块，FLASH存储器改变它的工作模式。这时需要在控制寄存器FCTL1、FCTL2和FCTL3中置适当的参数以保证编程/擦除操作的正确执行。FLASH存储器模块包括提供编程及擦除电压的电压发生器。全部模块安排在同一个线性地址空间中。因为这些模块互相独立，可以在一个模块中运行程序，而对另一个模块作擦除或编程。实际设计时，我们把程序放在主存储器中，16KB的容量足够了。更为重要的是热量表有一些重要数据需要实时保存，比如供回水温度、预购热量剩余值、累积热量、供回水温度、累积流量、累积工作时间、加密密钥等。这些数据相当重要，要求做到万无一失。因为这些数据量不大，MSP430F135内部的信息存器容量完全可满足要求，擦写安全性也很好，可以很可靠的保存这些重要数据。315输入输出端口及中断MSP430F135有2类I/O端口。P1和P2是一类，P3、P4、P5和P6是另一类。这两类I/O端口都具有控制I/O方向、输入、输出的能力。P1、P2具有中断能力，每一引脚都可21以单独选择中断触发沿、单独允许中断。在实际设计中，需要占用具有中断能力引脚的外围信号为流量传感器的脉冲信号、报警信号、按键按下信号、IC卡的插入信号。MSP430的可编程中断结构可以组成灵活的片上和外部中断体系，以适应实时中断驱动系统的需要。中断可由处理机的运行状态来启动，如看门狗溢出、外围模块或外部发生的事件等。每个中断源可以用各自的中断允许位单独关闭，而状态寄存器中的通用中断允许位可以禁止全部可屏蔽中断。中断向量和上电起始地址位于ROM中的0FFFFH0FFE0H地址段。下表是MSP430F135的中断向量表。系统共有5个中断源看门狗、流量传感器、IC卡、按键、片内ADC、比较器A。看门狗定时器（WDT）的主要功能是当程序发生异常时使受控系统重新启动。如果WDT超过了选定的定时时间，即发生系统复位。因为热量表开始上电时进行初始化，然后进入低功耗模式3（LPM3）。当流量传感器发出脉冲信号或有报警产生，或有按键按下，或有IC卡插入时，系统被从低功耗工作模式中唤醒，这时启动看门狗定时器，当CPU完成任务后，停止看门狗定时器，再度进入低功耗工作模式。热量表的电源由于是由电池供给，电池电压需要随时监测。我们利用MSP430F135片内的比较器A来实现。比较器A是一个实现模拟电压比较的外围模块。包括以下部分22比较器，可以提供ON/OFF信号，无输入回差内部有模拟参考电平发生器内部参考电平可向外提供比较器输入可以切换比较器的输出有RC滤波电路，软件可选具有中断向量当电池电压低于某一值时，比较器A产生中断，在LCD上显示“电池电压不足”符号，提示更换电池。32温度测量电路321温度测量电路原理上图为PT1000的测温电路。PT1000为用户供水或回水测温热电阻，流过的标称电流为1MA，基准电压VREF2V，从电路可知流过传感器PT1000热电阻的电流为I（VREF1）/R1运放正常工作时，V1和同相输入V2相等。V2有基准电压用电阻R2、W1、R3分压得到。若假定V21V，则I（2V1V）/1K1MA测温电阻中流过1MA的电流，在0时，V3就有1K1MA1V的偏置电压，这是不理想的，但这是传感器必然存在的。为了使传感器能在0时，A1运算放大器输出电压为V30V，必须在电路中消除该偏置电压（V31V）。为此在A1运算放大器的正输入端输入V21V，就可达到上述要求。因此，V3为式中RT为PT1000热电阻，因所以23这将导致温度升高时，输出电压变小，因此要设计一级运算放大器A2将负输出倒相为正电压并给予必要的放大。根据上式可知，V3在（0100）范围内具有3850MV/的温度灵敏度，即0时V30V,100时V30385V。而运算放大器的后级A/D的模拟电压输入范围为015V，输入信号大于或等于15V时A/D转换结果为满量程值。为了提高测量精度，我们应使在温度测量范围内（0100）VOUT能对应整个量程。也就是说在（0100）范围内VOUT的变化范围应为015V。运算放大器A2的增益约为15/03853896倍。为此，只要调整电位器W2就能满足温度在0100内变化使VOUT相应地从0变化到15V。322线性校正铂电阻的温度电阻特性为因为热量表的温度测量范围为0100，采用PT1000热电阻，故上式简化为从这个特性公式我们可看出和T不是线性关系。到底非线性误差有多大，是否影响到仪表精度呢我们从表35仔细分析。测温电阻在0100范围内最大约有（100039021001385）24/13850003750375的非线性误差（0375）。对于热量表来说，温度测量的精度要求很高，这种非线性误差是不允许的，必须进行非线性校正。对测温电阻进行线性化有两种常用方法。一种是采用模拟电路正反馈进行线性化。因为在温度测量范围内PT1000的电阻温度特性是单调上凸特性，即随着温度的升高电阻值的变化率是逐渐减小的。因此可以在电阻电压转换电路中入正反馈。此反馈信号流经热电阻，构成随的增加而不断加深的正反馈，即可补偿这种非线性特性，达到线性化的目的。一种是采用查表法进行线性化。原理是铂电阻的电阻温度分度表以A/D转换器的输出数据为地址固化在存储器EPROM内。当以A/D转换器的输出作为地址码访问EPROM时，EPROM存放的表格内容被取出，得到温度值。热量表是一种民用商品，要求结构简单可靠。我们认为使用软件线性化最为济合理，且具有较高的校正精确度，实际使用效果很好。33流量传感器由于热量表采用电池供电，要求流量计耗电尽可能的低，同时也为了降低成本，我们采用旋翼式远传流量传感器来进行对供热流量的计量。它能够对含杂质的高温水进行流量测量，并将其测量结果以脉冲形式传送给单片机系统，所有零件均由耐热材料制成。同时采取了相应的措施来具备信号线断线、外界磁场检测功能。331技术参数水温不超过110公称压力MPA主要技术参数误差从包括最小流量至不包括分界流量的低区从包括分界流量至包括最大流量的高区332工作原理传感器采用开关触点信号,其工作原理是在热水表指针上装一个小磁铁，其上方安装了一个常开干簧管，用户每用01M3（也可以根据用户要求确定）热水，磁铁指针旋转一圈，干簧管被磁铁吸合一次，从而产生一个开关量信号，产生中断，将CPU唤醒，判断是否是流量脉冲到来，若是则累积流量，启动运放和A/D转换电路，进行相应的计算与处理。333防窃热功能常开干簧管125传感器内有两个干簧管，一个为常开，一个为常闭。黑线为信号公共线，与CPU的地相连，红线为流量脉冲信号线，黄线为防窃热信号线，接入CPU的P1口。传感器正常工作时，黄线为低电位，当用户以外界磁场干扰水表或流量信号断线时，黄线变为高电位，产生中断，将CPU唤醒，进行相应的处理。34LCD液晶显示LCD采用长沙太阳人电子公司的SMS0810B热量表专