基于單片機的IC卡智能水表控制系統設計

電子機電論文編號:JD281  論文字數:28658,頁數:71

目錄
摘    要 1
Abstract 2
第1章  緒   論 4
1.1 本研究課題的背景及意義 4
1.2 本研究課題的發展趨勢 6
1.3 本文的工作 7
第2章 設計思想與方案論證 9
2.1 設計思想 9
2.2 方案比較 10
2.3 方案選擇 11
第3章  IC卡智能水表的硬件設計 12
3.1 主系統的構成 12
3.2 微處理器 13
3.2.1 單片機的選型 13
3.2.2 單片機AT89C2051簡介 14
3.2.3 晶振與復位電路的設計 14
3.3 傳感器的選擇 15
3.3.1 霍爾接近開關傳感器 15
3.3.2 光電檢測傳感器 16
3.3.3 Wiegand(韋根)傳感器 16
3.4 信號處理模塊的設計 19
3.5 電磁閥的選擇與設計 20
3.6 片外數據存儲器的設計 22
3.7 IC卡及其接口電路的設計 23
3.7.1 基于AT24C0X系列的IC卡 23
3.7.2 IC卡的接口電路的設計 24
3.8 人機交互接口的設計 25
3.8.1 報警電路的設計 25
3.8.2 顯示電路的設計 25
3.9 電源的設計 27
3.9.1 電池能量的檢測 27
3.9.2 超級電容的應用 28
3.10 檢測模塊的設計 30
第4章 IC卡智能水表的軟件設計 32
4.1 主程序的設計 32
4.2 外部中斷0子程序 32
4.3 外部中斷1子程序 34
4.4 IC卡的讀寫軟件設計 35
4.4.1 SDA和SCL信號 36
4.4.2 IC卡的寫操作 37
4.4.3 IC卡的讀操作 37
4.4.4 IC卡芯片的控制字節和器件尋址 38
4.4.6 IC卡處理程序流程圖 38
4.5 片外數據存儲器讀寫軟件設計 40
4.6 顯示子程序 40
第5章  關于IC卡智能水表的關鍵問題及解決辦法 41
5.1 IC卡智能水表的低功耗問題 41
5.2 低功耗解決方案 41
5.3 IC卡智能水表的安全性問題 42
5.4 安全性問題解決方案 43
第6章  系統調試 44
6.1 調試設備 44
6.2 硬件調試 44
6.3 軟件調試 44
6.4 調試現象 45
總     結 46
參考文獻 47
附錄   程序清單 48
原理圖

摘    要
很長一段時間以來，自來水用戶的用水量管理依靠人工抄表，然后由收費人員到各家去收費或用戶到指定地點自行繳納。這種傳統收取水費的方式需要的工作人員多、費時、費力、效率低，常常出現用戶欠繳、遲繳或漏繳水費等問題。為了解決這些問題，本文在研究國內外智能水表發展現狀的基礎上，設計了一個基于單片機實現的IC卡智能水表控制系統。本系統以AT89C2051單片機為核心部件，通過韋根傳感器檢測用水量，運用IC卡讀寫及加密技術，實現購水與用水量管理。
本文完成了系統的硬件電路設計和軟件設計。硬件電路采用模塊化設計，包括用水量檢測電路、IC卡接口電路、電磁閥驅動電路、報警電路、LED顯示電路等，詳細分析了各模塊的工作原理；系統軟件采用匯編語言編制，給出了具體的程序流程圖。
系統具有自動供停水、插卡智能識別、身份驗證、掉電保護、LED顯示、電磁閥門智能開關控制、防干擾、防拆卸等功能。

關鍵詞：單片機；韋根傳感器；IC卡；智能水表；低功耗
Abstract
For a very long time, the management of used water of water user relies on man-made style, that need operators to arrive at user’s 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 paper designs an intelligent IC card water meter control system based on the single-chip computer. The core of the system is a single-chip microcomputer AT89C2051, the wiegand sensor is used to measure water consumption, the managements of water purchasing and consumption are realized by IC card’s writing, reading and encryption technology.
    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 principles 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 user’s 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 card；Intelligent water meter；
low power consumption