天津大学网络教育学院本科毕业设计（论文）题目：IC卡智能水表设计完成期限：2017年1月5日至 2017年5月15日学习中心：奥鹏专业名称：电气工程及其自动化学生姓名：学生学号：指导教师：李克骄摘要本文主要以智能IC卡水表系统为研究对象，研究了基于单片机的智能水表的设计。

首先提出射频IC智能水表系统的设计方案；其次对系统硬件电路结构进行了设计；再次介绍了系统软件设计原则以及控制流程。

该智能水表以低功耗、低电压、高性能的8 位单片机AT89C51为核心，以防干扰性能极高的双干簧管为流量传感器，另外本设计还有可显示状态字的LED 显示屏以及报警模块，剩余水量到报警值或为零时，门阀驱动电路运作，自动关阀中断供水。

采用射频读写芯片，当IC 卡贴近感应区时，通过读卡芯片读入所购水量并和水表内剩余水量累加，并写入射频卡水表内存储器。

本设计可以改善传统水表功能单一的缺点，测量精度更高，功能更强，可靠性更好。

关键词：智能水表；射频IC卡； AT89C51；目录第一章绪论错误!未定义书签。

第二章系统分析及设计方案错误!未定义书签。

系统设计技术指标..................... 错误!未定义书签。

系统主要硬件......................... 错误!未定义书签。

第三章硬件设计................. 错误!未定义书签。

单片机的介绍......................... 错误!未定义书签。

中断系统............................. 错误!未定义书签。

流量传感器........................... 错误!未定义书签。

阀门驱动电路......................... 错误!未定义书签。

读写模块............................. 错误!未定义书签。

通信模块............................. 错误!未定义书签。

电路显示............................. 错误!未定义书签。

报警电路............................. 错误!未定义书签。

电源电路............................. 错误!未定义书签。

第四章软件设计................. 错误!未定义书签。

设计思路............................. 错误!未定义书签。

主流程图............................. 错误!未定义书签。

protues仿真......................... 错误!未定义书签。

参考文献......................... 错误!未定义书签。

附录........................... 错误!未定义书签。

致谢........................... 错误!未定义书签。

第一章绪论水资源短缺现象日益严重,加强用水科学管理是当前首要任务。

长期以来，我国城镇居民都是先用水后交费，采用人工抄表、按户收费的方式。

传统水表主要结构由硬件构成，以相对固定形式确定下来，所实现的功能较单一。

因此研制一种低功耗、计量精确方便的智能水表显得极为重要。

随着科学技术的发展，智能IC卡水表渐渐走入了人们的生活。

1997年第一个代码预付水表产生了；1998年射频卡水表研究成功；1999年新一代的接触式IC卡水表(采用逻辑加密卡)及CPU卡水表研制成功：2000年TM卡水表产生了；2001年具有防水功能的接触式IC 卡水表研制生产。

20世纪90年代初期，中国各地对水表计量精度等级达到A级就满足了，而美国普遍要求相当于国际标准的C级。

近年来世界性共同倾向对水表的质量要求提高，向工业发达国家靠近，如乌拉圭国家要求速度式C级计量精度等级，澳大利亚要求D级。

中国市场上，速度式水表从B级到C级，容积式从C级到D级，纯净水用户指定要求D级水表。

我国的传统水表必须进行改进才能适应社会和经济的发展。

测量精度高、功能强、可靠性好，智能化，小型化、使用灵活方便成为研究本课题的重要方向。

[1] [2] [3]本文以智能IC卡水表系统为研究对象,首先提出射频IC智能水表系统的设计方案；其次对系统硬件电路结构进行了设计；再次介绍了系统软件设计原则以及控制流程。

该智能水表以美国ATMEL 公司生产的一种低功耗、低电压、高性能的8 位单片机AT89C51为核心，以双干簧管为流量传感器，另外本设计还有可显示状态字的LED 显示屏以及报警模块，剩余水量到报警值或为零时，门阀驱动电路运作，自动关阀中断供水。

采用射频读写芯片，当IC 卡贴近感应区时，通过读卡芯片读入所购水量并和水表内剩余水量累加，并写入射频卡水表内存储器。

第二章 系统分析及设计方案本文以智能IC卡水表系统为研究对象，研究了基于单片机的智能水表的设计。

了解智能IC 水表系统的工艺过程，对被控对象进行整体分析，设计整体系统方案；根据智能IC 水表系统的特点，完成系统的硬件设计；在硬件设计基础上，完成系统软件部分的设计，包括主程序、初值设定子程序、LED 显示子程序等。

系统设计技术指标（1）实现智能水表精确测量，达到 1 级精度要求的方法。

此处涉及到水量计量芯片的选择、CPU 的选择、软件算法的构架、PCB 布局等影响测量精度因素的研究。

（2） （2）实现水表智能化管理的具体方法。

涉及到的研究内容有：数据存储的方法、系统通过 RS485 与上位机通信实现方法、系统通过红外与其他设备通讯的实现方法。

（3） （3）实现系统供电电源的方法。

此处涉及到交流电源转直流稳压电源的研究。

系统主要硬件单片机的最小系统、流量传感器、显示电路、电源模块、报警电路、门阀驱动电路、读写模块等,系统的结构如图2-1所示。

第三章硬件设计单片机的最小系统、流量传感器、显示电路、电源模块、报警电路、门阀驱动电路、读写模块等。

单片机的介绍AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机而在众多的51系列单片机中，要算ATMEL 公司的AT89C51更实用，也是一种高效微控制器，因为它不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器，用户可以用电的方式达到瞬间擦除、改写。

而这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。

AT89C51提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

AT89C51是一种CMOS八位微处理器，而且在其片种能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。

它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。

AT89C51可构成单片机最小应用系统，缩小系统体积, 增加系统的可靠性，降低了系统成本。

只要程序长度小于4k, 四个I/O口全部提供给用户。

可用5V电压编程，而且写入时间仅10毫秒,仅为8751/87C5的擦除时间的百分之一，与8751/87C51的12V电压擦写相比,不易损坏器件,没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。

AT89C51芯片提供三级程序存储器锁定加密，提供了方便而可靠的硬加密手段,能完全保证程序或系统不被仿制。

AT89C51有间歇、掉电两种工作模式。

间歇模式是由软件来设置的, 当外围器件仍然处于工作状态时, CPU可根据工作情况适时地进入睡眠态, 内部RAM和所有特殊的寄存器值将保持不变。

这种状态可被任何一个中断所终止或通过硬件复位。

掉电模式是VCC电压低于电源下限, 振荡器停止振时, CPU 停止执行指令。

该芯片内RAM和特殊功能寄存器值保持不变,直到掉电模式被终止。

只有VCC电压恢复到正常工作范围且在振荡器稳定振荡后，通过硬件复位、掉电模式可终止。

AT89C51有40引脚双列直插（DIP）形式。

其与80C51引脚结构基本相同，其逻辑引脚图如图3-1。

其引脚功能叙述如下：电源和晶振VCC——运行和程序校验时加+5VGND——接地XTAL1——输入到振图3-1荡器的反向放大器XTAL2——反向放大器的输出，输入到内部时钟发生器。

(当使用外部振荡器时，XTAL1接地，XTAL2接收振荡器信号）RST：复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

I/O（4个口，32根）P0口——8位、漏极开路的双向I/O口。

当使用片外存储器（ROM、RAM）时，作地址和数据分时复用。

在程序校验期间，输出指令字节（需加外部上拉电路）。

P0口——8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。

在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。

P1口——8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。

P2口——8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。