摘要：為了提高天然氣表的計量精度，實現精準計量的目的，采用靶式流量計作為信號采集模塊，通過測量水流中產生連續壓力信號的方法測量水流量，基于MSP430單片機開發了一種低功耗新型智能IC卡天然氣表。該設計具有始動流量小、計量精度高、功耗低，性價比高等優點，對于提高天然氣表的計量精度，實現點滴計量具有重要意義。
關鍵詞：智能天然氣表；靶式流量計；MSP430；點滴計量

0 引言
隨著單片機技術的日趨成熟，在新型天然氣表的開發設計中采用單片機技術，開發智能型天然氣表已經成為一種趨勢。傳統智能天然氣表的設計思想為：將機械信號轉化為電子信號，通過數據采集接口傳遞給單片機，由單片機來控制特制閥門的開閉。其中的關鍵技術是通過脈沖傳感將機械計量數據轉化為電子數字數據，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。脈沖傳感器在信號變換和累計過程中易受外部機械振動、電磁干擾、電源等因素影響，使系統計量精度受到限制，難以精確計量，測量結果誤差較大。
本文提出了一種采用靶式流量計通過測量靶的壓力來測量流量，基于MSP430單片機的低功耗智能IC卡天然氣表的設計方法。采用MSP430 F413單片機作為中央處理器對靶式流量計采集的信號進行處理，實現用氣量計量、總用氣量累計、月用氣量統計、天然氣費計算與管理(報警金額、基礎用氣量、計劃用氣量)，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、高性能單片機處理器，配以家用天然氣表，采用靶式流量計測量流量的方式自動計量用戶用氣量，實現“先付費、后用氣”的預付費控制功能。它可預置關閉閥門時門限氣量，當剩余氣量等于規定的關閉閥門報警氣量時，將自動切斷用戶天然氣，給用戶提示，并允許插卡恢復供天然氣。當剩余氣量為零時，自動關閉閥門。若允許用戶透支，則插卡恢復用氣直至使用完透支氣量后才關閥。用戶每次將購氣卡插入表后，天然氣表LCD顯示剩余氣量、累計用氣量、天然氣表狀態等相關信息，并將這些信息返寫到購水卡中，以供售水管理系統入庫、查詢。同時還對電源、表殼安全等信息進行實時監視，并進行相應的安全處理。

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

2．1 MSP430F413單片機簡介
MSP430F413是美國TI公司推出的超低功耗FLASH型16位RISC指令集單片機，具有豐富的片內外圍，是一款性價比極高的單片機。MSP430單片機具有如下特點：
(1)低電壓、超低功耗。MSP430 F413單片機在1．8～3．6 V電壓、1 MHz的時鐘條件下運行時，其工作電流根據工作模式的不同在0．1～400μA之間。
(2)強大的處理能力。MSP430F413單片機采用RISC指令集，27條內核指令，具有豐富的尋址方式(7種源操作數尋址、4種目的操作數尋址)；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算；有較高的處理速度。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。
(3)豐富的片內外設。MSP430F413具有FLL+(頻率鎖相環)時鐘系統，看門狗，帶有三個捕獲／比較寄存器的16位定時器(Timer-A)，片內比較器，96段LCD驅動器，48個通用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選擇中斷觸沿、單獨允許中斷。MSP430F4 13集成了較豐富的片內外設。
(4)高效的開發方式。MSP430F413具有FLASH存儲器JTAG接口，支持在線仿真和編程，能夠利用仿真器實現程序的在線調試與下載。MSP43 0F413為工業級的，運行環境溫度為-40～+85℃，因此很適合作為便攜儀表和水、電表的主控芯片。