基于单片机的IC卡智能化水表控制系统设计附程序图

1、. .摘 要第1章 绪 论1.1 本研究课题的背景与意义1.2 本研究课题的发展趋势1.3 本文的工作第2章 设计思想与方案论证2.1 设计思想2.2 方案比较1. 方案一：脉冲发讯集中抄收式智能水表系统2. 方案二：基于CAN总线的智能水表自动抄收系统3. 方案三：基于89C2051单片机的IC卡智能水表系统2.3 方案选择第3章 IC卡智能水表的硬件设计3.1 主系统的构成3.2 微处理器3.2.1 单片机的选型1. 单片机的系统适应性2. 单片机的市场供应情况3. 单片机的可开发性3.2.2 单片机AT89C2051简介3.2.3 晶振与复位电路的设计3.3 传感器的选择3.3.1 霍尔接近开关传感器3.3.2 光电检测传感器3.3.3 Wiegand(韦根)传感器1. Wiegand传感器组成2. Wiegand传感器工作原理3. Wiegand传感器工作方式4.WG系列韦根传感器原理与其特点3.4 信号处理模块的设计3.5 电磁阀的选择与设计1. 采用光电耦合器进行隔离(如图3.10所示)2. 在电磁阀供电端跨接压敏电阻抗干扰3.6 片外数据存储器的设计3.7 IC卡与其接口

2、电路的设计3.7.1 基于AT24C0X系列的IC卡3.7.2 IC卡的接口电路的设计3.8 人机交互接口的设计3.8.1 报警电路的设计3.8.2 显示电路的设计3.9 电源的设计3.9.1 电池能量的检测3.9.2 超级电容的应用3.10 检测模块的设计第4章 IC卡智能水表的软件设计4.1 主程序的设计4.2 外部中断0子程序4.3 外部中断1子程序4.4 IC卡的读写软件设计4.4.1 SDA和SCL信号4.4.2 IC卡的写操作4.4.3 IC卡的读操作4.4.4 IC卡芯片的控制字节和器件寻址4.4.6 IC卡处理程序流程图4.5 片外数据存储器读写软件设计4.6 显示子程序第5章 关于IC卡智能水表的关键问题与解决办法5.1 IC卡智能水表的低功耗问题5.2 低功耗解决方案1. 选择低功耗电磁阀2. 选择低功耗器件3. 选择低的工作电压和低的工作频率5.3 IC卡智能水表的安全性问题5.4 安全性问题解决方案1. 售水用IC卡（用户卡）的安全性2. 表信息的安全性第6章 系统调试6.1 调试设备6.2 硬件调试1. 静态调试 2. 动态调试 6.3 软件调试6.4 调试现

3、象总 结参考文献附录 程序清单摘 要很长一段时间以来，自来水用户的用水量管理依靠人工抄表，然后由收费人员到各家去收费或用户到指定地点自行缴纳。这种传统收取水费的方式需要的工作人员多、费时、费力、效率低，常常出现用户欠缴、迟缴或漏缴水费等问题。为了解决这些问题，本文在研究国外智能水表发展现状的基础上，设计了一个基于单片机实现的IC卡智能水表控制系统。本系统以AT89C2051单片机为核心部件，通过韦根传感器检测用水量，运用IC卡读写与加密技术，实现购水与用水量管理。本文完成了系统的硬件电路设计和软件设计。硬件电路采用模块化设计，包括用水量检测电路、IC卡接口电路、电磁阀驱动电路、报警电路、LED显示电路等，详细分析了各模块的工作原理；系统软件采用汇编语言编制，给出了具体的程序流程图。系统具有自动供停水、插卡智能识别、身份验证、掉电保护、LED显示、电磁阀门智能开关控制、防干扰、防拆卸等功能。关键词：单片机；韦根传感器；IC卡；智能水表；低功耗AbstractFor a very long time, the management of used water of water user r

4、elies on man-made style, that need operators to arrive at users home to collect fees or users reach appointed place to hand in fees by themselves. This traditional style has lots of disadvantages such as needing many operators, time consuming and low efficiency.Further more problems like arrears, dragging on water fees etc. always appear. In order to solve these problems, this paperdesigns an intelligent IC card water meter control system based on the single-chip computer. The core of thesystem

5、is asingle-chip microcomputer AT89C2051, the wiegand sensoris used to measure water consumption, the managements of water purchasing and consumption are realized by IC cards writing, reading and encryptiontechnology.This paper has finished the systematic hardware circuits design and software design. Hardware circuit adopts module design, including water flow measuring circuit, IC card interface circuit, electromagnetic valve urge circuit, warning circuit, LED display circuit,etc. The working pri

6、nciples of every module are analyzed in details. The software of the system is finished in assembler language, the flow charts are provided.The system has many functions such as supplying or cutting off water automatically, intelligent recognition of IC card and users identity verifying, power-fail protection, LED display, intelligent switch control of electromagnetism valve etc. It also can prevent the system from disturbance and disassembling.Keywords：Single-chip computer；Wiegand sensor；IC car

7、d；Intelligent water meter； low power consumption第1章 绪 论本章介绍了本研究课题的背景与意义，阐述了其发展状况。对当前水资源形势、传统水表和IC卡智能水表的特点与其水表的未来发展趋势作了概况。另外，简要说明了本文所做的工作。1.1 本研究课题的背景与意义环境与发展，是当今国际社会普遍关注的重大问题，保护环境是全人类的共同任务。水资源作为生态环境中的重要资源，是人类生活的生产中不可取代的资源，对一个国家的生存和发展也是极为重要的。水资源是一切生命的源泉，是人类不可缺少的物质条件，没有水人类就不能生存，没有水人类赖以自下而上的物质生产就不能发展。目前，我国的水资源问题十分严峻。在我国600多个城市中，目前有400多个城市供水不足，其中严重缺水的城市有110个，城市年缺水总量达60亿立方米。 根据世界银行的数据，我国人均水资源占有量只有2200立方米，这个数字仅相当于世界人均水资源占有量的四分之一。专家预测，当我国人口增至16亿时，人均水资源将下降到1750立方米，接近国际公认的水资源紧标准。从长远来看，搞好水资源的管理具有重大而深远的意义。

8、自来水事业作为用水资源的重要组成部分，它关系到人民生产和生活的各个方面。由于历史的原因，我国大部分城市居民使用自来水，都是在区域性水站供水基础上，逐步发展成为以单位住宅区或以楼栋、单元为一户由自来水公司抄表收费的。目前，这种经营方式已越来越不适应社会主义市场经济发展的要求，成为人民物资生活迅速提高和供水企业落后的经营方式之间产生的主要矛盾。 长期以来，我国自来水用户的用水量依靠人工抄表，然后由收费员到各家收费或令各用户去银行（或其他指定地点）交费。这种传统收取水费的做法需要的工作人员多，费时费力，效率低，常常遇到用户欠缴、迟缴或漏缴水费等问题。为适应国家对用水制度的改革，研究和利用现代化智能技术对自来水实行自动监控，减轻供水部门因“先供水后收费”造成的资金压力，减少每月抄表收费带来的麻烦和因收费问题带来的纠纷，用现代化科学技术手段改变自来水供水管理体制的落后现状势在必行。随着社会经济的发展和人们生活水平的日益提高，智能化电子产品已逐步深入家庭，我们提出了IC卡智能水表的方案。IC卡智能水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递与结算交易

9、的新型水表。这与传统水表一般只具有流量采集和机械指针显示用水量的功能相比，是一个很大的进步。IC卡智能水表除了可对用水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量自动进行控制，同时可以进行用水数据存储的功能。由于其数据传递和交易结算通过IC卡进行，因而可以实现由工作人员上门操表收费到用户自己去营业所交费的转变。IC卡交易系统还具有交易方便，计算准确，可利用银行进行结算的特点。IC卡智能水表与其管理系统的出现，将从根本上解决了已上问题。采用IC卡智能水表进行交易结算，不但实现了用水收费的电子化，而且还改变了先用水后收费的不合理状况，使的供水部门能预先收取部分费用，有利于公用事业的发展。IC卡智能水表具有成本低、可靠性高、使用寿命长与安全性好等优点，可提高居民用水收费的管理水平，确保供水部门能与时收取水费。因此，IC卡智能水表成为相关科研单位关注的重点，具有很好的经济效益与社会效益1 2。1.2本研究课题的发展趋势随着微电子技术的快速发展，加上国家相关政策的推动，民用计量仪表的智能化将是一个必然的发展方向。这不仅是中国的一种趋势，也将成为世界性的趋势。而在近十年里，单体式智能IC卡类仪表又将会是发展主流。从理论上说，网络式智能仪表系统应当是更好的一种计量管理模式，并且是最终发展方向。但是目前，由于网络式智能仪表系统的建立条件不成熟，且没有相关系统相配合，所以，单独在一个部门大规模推动建立网络式智能仪表系统的优点显现不出来。而且，仅仅为了提取用水信息就要构建一个信息网络，从经济角度讲也不合算。建立网络式智能仪表信息系统的理想模式应当是，由公共网络部门建立起社会化的网络系统，而要使用这个网络的具体部门

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