基于单片机的IC卡智能水表设计

基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计【摘要】本文的重点是对新型的IC卡智能水表电路进行设计和研究，它的主要特征是：以STC89C52单片机为核心，可以实现对IC卡的读写，对液晶屏幕的显示、电磁阀的开闭，对流量计脉冲的提取进行控制。

此外，它还拥有存储电路，可以完成对水表信号的读写处理，并对水表工作进行监控。

同时还能提供安全保护、自动报警、通讯接口等电路设计，以满足用户对IC卡智能水表控制系统的要求。

通过现场数据采集和实时传输水表数据，可以轻松准确地了解用户的用水量、剩余水量和购水量等信息，实现对用户的实时监控。

【关键词】单片机IC卡智能控制水表1水表的系统方案设计本系统以实现控制水的功能为基本原则，同时又要满足低功耗的要求。

首先，用户持IC卡到自来水公司购水，自来水公司用读写器把购水记录的数据写入IC卡中，之后用户将IC卡放在水表的读取和写入模块的感应区，然后IC卡读取和写入模块把IC卡中的数据传输到单片机，单片机就会根据IC卡中有无余额来决定是否要打开电磁阀，同时在LCD模块上显示出水表中的结余金额、用水量、余水量等信息；在用户用水时，流量传感器会将收集到的用水量数据的脉冲信号传输给单片机，通过单片机来计算目前的余额。

当余额低于设置值时，将发出警报，当余额为零时，将自动将电磁阀关闭，直至再次读入IC卡中。

此外，在这个设计中，还考虑到了防拆卸的功能，如果有人想要强行拆卸水表，就会触发水表内的防盗开关，当单片机探测到这个信号时，控制电磁阀自动关闭，并且报警器会发出警报声。

2 智能水表的硬件部分设计2.1 主控制装置本设计所采用的STC89C52是一个8位的CMOS51单片机，它有8KB的可编程性和可擦去性。

其具有32个输入输出端口、6个中断信号和2个计时器。

芯片中的闪存能够让程序在系统中进行更改，或者利用传统的非易失内存编程器改写相应的程序。

STC89C52是一种功能强大，性能稳定，性价比较高，在各类控制系统中有着广泛的应用。

重庆交通大学（重庆通信学院办学点）毕业设计论文题目：基于单片机的智能水表的设计专业：电气工程及其自动化毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格3、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见：系主任：（签名）年月日摘要为适应国家用水制度的改革，研究和利用现代化智能技术对自来水实行自动控制，减轻供水管理部门因“先供水后收费”造成的资金压力，减少每月抄表、收费所带来的麻烦和因收费问题带来的纠纷，用现代科学技术手段改变自来水管理体制的落后现状，势在必行。

基于单片机的IC卡智能水表设计中期检查表毕业设计(论文)中期检查表题目名称: 基于单片机的IC卡智能水表设计设计人姓名所学专业自动化班级一、阶段性成果到现在为止，毕业设计的时间过去了一半了，这几周的时间里我严格按照设计的要求进行着设计。

首先是开题报告的撰写，其次是对单片机的基础知识和IC卡智能要求两大方面的工作原理进行深入的学习，通过以上对IC卡智能知识的学习，我初步拟定了本设计的设计思路，并对其中的各个环节做出了准确的定位，完成了单片机电路的设计和IC卡智能系统的设计。

通过前几周对IC卡智能水表知识的学习，可以说在本阶段我取得了一定的阶段性的成果。

首先，我对智能软件控制系统有了深入的了解，掌握了其中一些控制部分的知识，比如IC卡的自动识别以及单片机控制流量传感器电气控制系统，单片机CPU具有一个16位的RISC精简指令计算机结构，对应用是高度透明的。

所有的操作，除了程序流程指令，都是通过源操作数的7种寻址模式和目标操作数的四种寻址模式的组合对寄存器进行的。

CPU集成了16个寄存器，减少了指令执行时间。

寄存器到寄存器操作的执行时间是一个CPU周期。

4个寄存器(程序计数器、堆栈指针、状态寄存器、常数发生器)用作特殊用途，其余的都可以用作通用寄存器。

外围模块通过数据、地址、和控制总线与CPU相连。

通过所有存储器操作指令可以很容易的对它们进行控制。

数的四种寻址模式的组合对寄存器进行的。

单片机的抗干扰能力有限，所以我们加设看门狗定时器。

主要是实现单片机安全运行。

为了保证系统在遭受干扰后能自动恢复正常，看门狗定时器(Watchdog Timer)是很有利用价值的，其主要功能是在发生软件问题后进行控制系统的重启。

如果选定的时间间隔溢出，系统产生复位。

如果看门狗功能应用中不需要，这个模块可以配置为间隔定时器在选定的时间间隔产生中断。

通过本阶段的设计，我学到了很多以前并没有接触过的新知识，也是第一次运用，虽然有些吃力，但是我尽力了，感觉收获还是很大的。

基于单片机的IC卡智能水表设计一、IC 卡智能水表的工作原理IC 卡智能水表主要由流量传感器、单片机控制单元、IC 卡读写模块、显示模块和阀门控制模块等组成。

流量传感器用于实时检测水的流量，并将其转换为电信号传输给单片机。

单片机作为核心控制单元，负责对流量数据进行处理、计算水费、与 IC 卡进行通信以及控制阀门的开关。

IC 卡读写模块用于读取用户的 IC 卡信息，包括用户余额、用水数据等，并将水表的相关数据写入 IC 卡。

显示模块则用于显示用户的用水量、余额等信息。

阀门控制模块根据单片机的指令，控制水表阀门的开启和关闭，以实现用水的控制。

二、硬件设计1、单片机选型选择合适的单片机是整个设计的关键。

需要考虑单片机的性能、资源、功耗和成本等因素。

常见的单片机如 STM32 系列、AVR 系列等都可以满足需求。

2、流量传感器流量传感器的精度和稳定性直接影响水表的测量准确性。

可以选用电磁式、涡轮式或超声波式流量传感器。

3、 IC 卡读写模块IC 卡读写模块需要支持常见的 IC 卡类型，如 SLE4442 卡、Mifare 卡等，并具备可靠的读写性能。

4、显示模块可以采用液晶显示屏（LCD）或数码管显示，以清晰地显示用水量和余额等信息。

5、阀门控制模块阀门控制模块通常采用电动阀门或电磁阀，通过单片机的输出信号来控制阀门的开关。

三、软件设计1、主程序流程主程序首先进行系统初始化，包括单片机内部资源的初始化、各模块的初始化等。

然后进入循环，不断检测流量传感器的信号，进行流量计算和水费计算。

同时，检测 IC 卡的插入，进行读写操作，并根据用户余额和用水情况控制阀门的开关。

2、流量计算算法根据流量传感器输出的信号，采用合适的算法计算水的流量。

常见的算法有定时采样法、脉冲计数法等。

3、 IC 卡通信协议遵循 IC 卡的通信协议，实现与 IC 卡的数据交换。

包括读取卡内的用户信息、写入水表的用水数据等。

4、阀门控制算法根据用户余额和用水情况，制定合理的阀门控制策略。

基于单片机的IC卡水表的设计摘要智能IC卡水表是一种集计量功能和控制功能为一体的水量计量装置，是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、对用水量进行计量并能进行用水数据传递及结算交易的新型水表。

该水表的研发从根本上改变了自来水公司传统的工作方式，形成了先买卡充值再用水的服务模式，有效的避免了水费的流失、为降低自来水公司经营成本提供了先进的管理手段，解决了长期困扰供水行业的水费拖欠问题，更重要的是使公民的用水观念和供水部门的管理方式发生了根本改变。

本次设计的智能IC卡水表系统利用单片机AT89C51作为主要芯片，完成了充值、扣费、复位等功能。

显示部分采用LCD12864液晶显示器，能够支持汉字和数字输出，简单明了。

键盘采用矩阵键盘模块，输入方便。

IC卡采用了西门子公司的SLE4442逻辑加密卡。

设计结果表明，此系统设计容易，结构简单，造价低廉，维修方便。

本文详细介绍了系统的整体原理，分析了系统的硬件及软件设计，并制作了实物。

关键词：单片机；IC卡；智能水表AbstractThe intelligent IC card water meter is a kind of water metering measuring function and control functions of the device, is the use of modern microelectronic technology, modern sensor technology, '(new water meter card technology of the water metering and can use data transfer and settlement of transactions. Research and development of the water change water company the traditional working way fundamentally, formed the card to buy water service mode, in order to avoid water loss, provides advanced management method to reduce the water company operating cost, solve the problem of arrears of long-term problems in water supply industry water, more important is to make a fundamental change in the concept of water use and water supply departments of civil management.The design of the intelligent IC card water meter system using single chip microcomputer AT89C51 complete recharge, fee deduction, reset functions. The display part using LCD12864 liquid crystal display, can support Chinese characters and the digital output, simple and clear. The keyboard using matrix keyboard input module, convenient. IC card using SLE4442 logic encryption card Siemens ltd.Results show that, this system is easy to design, simple structure, low cost, convenient repair. This paper introduces the principle of the whole system, discusses the hardware and software design of the system and create the physical.Key words:microcomputer；IC card；Intelligent water meter目录1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2 传统水表 (1)1.2.1 传统水表的主要结构 (1)1.2.2 传统水表的主要特点 (1)1.3 智能IC卡水表 (2)1.3.1 智能IC卡水表的主要特点 (2)1.4 IC卡的发展历史 (3)1.5 研究内容 (3)2 IC卡水表的整体设计 (5)2.1 系统的功能说明 (5)2.2 系统总体方案设计 (5)2.2.1 IC卡选择 (6)2.2.2 键盘选择 (7)2.2.3 显示器的选择 (7)3系统各模块硬件电路设计 (9)3.1Protel电路原理图设计软件 (9)3.2 单片机部分 (12)3.2.1单片机AT89C51介绍 (12)3.2.2 AT89C51主要管脚介绍 (13)3.2.3 芯片擦除 (14)3.3 时钟电路和复位电路 (15)3.4 LCD12864液晶显示电路 (16)3.5 SLE4442IC卡部分 (17)3.5.1 SLE4442IC卡的主要指标 (17)3.6 键盘设计 (18)3.7 报警电路 (19)4 软件设计 (20)4.1 主程序设计 (20)4.2 子程序流程图 (21)4.2.1充值程序流程图 (21)4.2.2 用水扣费程序流程图 (22)5 编程与系统调试 (24)5.1 编程工具Keil (24)5.1.1 uvision4集成开发环境介绍 (25)5.2调试结果 (26)5.2.1 实物调试 (26)5.2.2 上电选择 (26)5.2.3 充值界面 (26)5.2.4 用水扣费状态 (27)结论 (29)致谢 (31)参考文献 (32)附录A 英文原文 (33)附录B 汉语翻译 (39)附录C 主要程序 (44)附录D电路原理图 (48)1 绪论1.1课题背景科学技术发展的脚步越来越快，加快了资源的消耗，特别是人们日常生活必不可少的淡水资源。

目录摘要 (1)Abstract (2)第1章绪论 (3)1.1课题背景及意义 (3)1.2传统水表 (4)1.2.1传统水表的主要结构 (4)1.2.2传统水表的主要特点 (4)1.3智能水表 (4)1.3.1智能水表的特点 (5)1.3.2国内外智能水表的发展现状及发展趋势 (6)第2章智能水表的组成和单片机的选择 (7)2.1智能水表系统硬件组成 (7)2.2AT89C51单片机简介 (8)2.2.189C51单片机的基本组成 (8)2.2.289C51单片机引脚及其功能 (9)第3章系统各模块硬件电路设计 (10)3.1IC卡读写电路 (10)3.1.1Mifare1射频IC卡 (10)3.1.2H6152读写模块 (13)3.1.3IC卡读写电路的原理及说明 (13)3.2液晶显示电路 (16)3.2.1液晶显示模块 (16)3.2.2电源模块 (18)3.2.3单片机模块 (20)3.3记忆单元电路 (20)3.3.1I2C总线简介 (20)3.3.2AT24C01简介 (22)3.3.3硬件原理图 (22)3.4电磁阀控制电路 (23)3.5其它模块电路 (24)第4章系统各模块软件设计 (25)4.1IC卡读写软件设计 (25)4.1.1H6152内部寄存器 (25)4.1.2H6152通信协议与控制命令..............................................................错误！未定义书签。

4.1.3IC卡读写电路程序流程图及部分程序...........................................错误！未定义书签。

4.2液晶显示电路软件设计..........................................................................错误！未定义书签。

4.2.1液晶控制驱动器指令集......................................................................错误！未定义书签。

基于51单片机的ic卡智能水表课程设计基于51单片机的IC卡智能水表课程设计一、引言随着科技的发展和人们生活水平的提高，水资源的合理利用和管理变得愈发重要。

传统的水表只能实现简单的读数功能，无法满足现代社会对智能化水表的需求。

本文将介绍一种基于51单片机的IC 卡智能水表的课程设计方案，通过对IC卡的读写和水表计量功能的结合，实现对用户用水量的监测和管理。

二、课程设计方案1. 系统框架本课程设计采用51单片机作为控制核心，通过与IC卡、水表及相关传感器的连接与通信，实现智能水表的计量、存储和管理。

系统框架包括IC卡读写模块、水表计量模块、显示模块和数据管理模块。

2. IC卡读写模块IC卡作为存储用户信息和充值记录的介质，需要通过51单片机与系统进行数据交互。

本课程设计中，采用SPI总线通信协议，通过51单片机的SPI接口与IC卡进行通信，实现对IC卡的读写操作。

IC卡中存储了用户的身份信息、充值金额和消费记录等数据，通过读卡器读取IC卡中的数据，传输给51单片机进行处理。

3. 水表计量模块水表计量模块通过与水表传感器的连接与通信，实现对用户用水量的实时计量。

本课程设计中，采用脉冲计量的方式，水表传感器产生的脉冲信号通过51单片机的外部中断引脚接收并计数，实时记录用户的用水量。

通过设置合适的脉冲与用水量的换算关系，可以准确地计量用户的用水量。

4. 显示模块显示模块用于显示用户的用水量和剩余金额等信息，方便用户实时了解自己的用水情况。

本课程设计中，采用LCD液晶显示屏作为显示设备，通过51单片机与LCD显示屏进行通信，将计量数据和相关信息显示在屏幕上。

5. 数据管理模块数据管理模块用于对用户的用水量和消费记录进行管理和统计。

本课程设计中，采用EEPROM作为数据存储介质，通过51单片机与EEPROM进行通信，实现对用户信息、充值记录和消费记录等数据的读写操作。

通过数据管理模块，可以实现对用户用水量和消费情况的管理和查询。

目录摘要 (1)Abstract (2)第1章绪论 (3)1.1课题背景及意义 (3)1.2 传统水表 (4)1.2.1 传统水表的主要结构 (4)1.2.2 传统水表的主要特点 (4)1.3 智能水表 (4)1.3.1 智能水表的特点 (5)1.3.2 国内外智能水表的发展现状及发展趋势 (6)第2章智能水表的组成和单片机的选择 (7)2.1智能水表系统硬件组成 (7)2.2 AT89C51单片机简介 (8)2.2.1 89C51单片机的基本组成 (8)2.2.2 89C51单片机引脚及其功能 (9)第3章系统各模块硬件电路设计 (10)3.1 IC卡读写电路 (10)3.1.1 Mifare 1射频IC卡 (10)3.1.2 H6152读写模块 (13)3.1.3 IC卡读写电路的原理及说明 (13)3.2 液晶显示电路 (16)3.2.1 液晶显示模块 (16)3.2.2 电源模块 (18)3.2.3 单片机模块 (20)3.3 记忆单元电路 (20)3.3.1 I2C总线简介 (20)3.3.2 AT24C01简介 (22)3.3.3 硬件原理图 (22)3.4 电磁阀控制电路 (23)3.5 其它模块电路 (24)第4章系统各模块软件设计 (25)4.1 IC卡读写软件设计 (25)4.1.1 H6152内部寄存器 (25)4.1.2 H6152通信协议与控制命令 (27)4.1.3 IC卡读写电路程序流程图及部分程序 (31)4.2 液晶显示电路软件设计 (32)4.2.1液晶控制驱动器指令集 (32)4.2.2程序流程图及部分程序 (34)4.3 记忆单元电路软件设计 (36)第5章结论 (37)参考文献 (38)谢辞 (39)附录：电路图 (40)基于单片机的IC卡智能水表设计摘要为适应国家用水制度的改革，研究和利用现代化智能技术对自来水实行自动控制，减轻供水管理部门因“先供水后收费”造成的资金压力，减少每月抄表、收费所带来的麻烦和因收费问题带来的纠纷，用现代科学技术手段改变自来水管理体制的落后现状，势在必行。

基于PIC16F84单片机的IC卡智能水表设计摘要：本文介绍了一种基于低功耗芯片PIC16F84的IC卡智能水表的设计，文中给出了系统的硬件设计和软件设计。

该IC卡水表具有低成本、低功耗、可靠性高等优点，可广泛应用于各城市供水系统。

关键字：PIC16F84，IC卡智能水表1、引言长期以来，自来水用户的用水量管理依靠人工抄表，然后由收费员到各家收费或各用户去银行交费。

这种传统的收取水费的做法需要的工作人员多，费时、费力、效率低，常常出现用户欠费、迟缴或漏缴水费等问题。

采用IC卡智能水表后，可以改变自来水收费及管理的现状，达到下列管理目标：1）智能水表代替传统水表，用IC卡实现预付费，实现“先付费后用水”、持卡结算的理想管理模式，从根本上杜绝欠缴、迟缴、漏缴水费的现象，使自来水公司应收费用及时到位。

2）建立自来水公司计算机信息管理网络系统，实现对自来水供应、自来水用户及自来水公司员工的科学化管理；建立完善的财务核算管理，使自来水公司的日常工作和管理流程化、自动化、科学化，提高自来水公司的服务质量和竞争力。

3）减轻工作人员的劳动强度，消灭（减少）现金交易，减少人为差错和杜绝贪污案件的发生。

4）提供方便的统计查询功能，便于全面、及时地了解情况，为决策提供依据。

IC卡水表系统是由IC卡水表、通用IC卡及计算机收费管理网络组成，起核心是IC卡水表。

2、硬件设计IC卡计费水表主要由阀门、流量传感器、微处理器、IC卡读/写器、显示器及电源等组成，其硬件结构如图1所示。

图1 IC卡智能水表原理框图1）微处理器为降低整个水表的功耗，微处理器选用低功耗芯片AT89C51。

该芯片工作于休闲状态时，耗电量仅为级。

另外，采用FLASH的串行存储芯片AT24C01作为数据存储器。

AT24C01是一个串行的EEPROM，占用体积小，功耗低，且操作简单，主要用来存放IC卡识别字、发行密码及用水计量等数据，以作为水表识别与计计量的依据。

目 录摘 要 (1)Abstract (2)第 1 章 绪论 (3)1.1课题背景及意义 (3)1.2 传统水表 (4)1.2.1 传统水表的主要结构 (4)1.2.2 传统水表的主要特点 (4)1.3 智能水表 (4)1.3.1 智能水表的特点 (5)1.3.2 国内外智能水表的发展现状及发展趋势 (6)第 2 章 智能水表的组成和单片机的选择 (7)2.1智能水表系统硬件组成 (7)2.2 AT89C51单片机简介 (8)2.2.1 89C51 单片机的基本组成 (8)2.2.2 89C51单片机引脚及其功能 (9)第 3 章 系统各模块硬件电路设计 (10)3.1 IC卡读写电路 (10)3.1.1 Mifare 1 射频IC 卡 (10)3.1.2 H6152读写模块 (13)3.1.3 IC 卡读写电路的原理及说明 (13)3.2 液晶显示电路 (16)3.2.1 液晶显示模块 (16)3.2.2 电源模块 (18)3.2.3 单片机模块 (20)3.3 记忆单元电路 (20)3.3.1 I 2 C 总线简介 (20)3.3.2 AT24C01 简介 (22)3.3.3 硬件原理图 (22)3.4 电磁阀控制电路 (23)3.5 其它模块电路 (24)第 4 章 系统各模块软件设计 (25)4.1 IC卡读写软件设计 (25)4.1.1 H6152内部寄存器 (25)4.1.2 H6152通信协议与控制命令 (27)4.1.3 IC 卡读写电路程序流程图及部分程序 (31)4.2 液晶显示电路软件设计 (32)4.2.1 液晶控制驱动器指令集 (32)4.2.2 程序流程图及部分程序 (34)4.3 记忆单元电路软件设计 (36)第 5 章 结论 (37)参考文献 (38)谢 辞 (39)附录：电路图 (40)基于单片机的 IC卡智能水表设计摘 要为适应国家用水制度的改革，研究和利用现代化智能技术对自来水实行自动控制， 减轻供水管理部门因“先供水后收费”造成的资金压力，减少每月抄表、收费所带来的 麻烦和因收费问题带来的纠纷，用现代科学技术手段改变自来水管理体制的落后现状， 势在必行。

基于51单片机的ic卡智能水表课程设计一、引言随着科技的不断进步和社会的发展，智能水表作为现代化的水表管理方式，正在逐渐取代传统的机械式水表。

本文基于51单片机设计一个IC卡智能水表，实现水表的自动计量、远程抄表和用户信息管理等功能。

该设计将提高水资源利用的效率，方便管理人员的工作，并且实现了智能水表的节水、环保功能。

二、系统设计1. 硬件设计IC卡智能水表的硬件主要包括51单片机、开关电源、电源管理电路、水流量传感器、LCD显示屏、蜂鸣器、键盘和IC卡读写器等模块。

其中，51单片机作为主控制模块，负责接收各个模块的数据并进行处理。

水流量传感器用于检测水流量大小，LCD显示屏用于显示用水量和用户相关信息，蜂鸣器用于发出报警信号，键盘用于输入用户的操作指令，IC卡读写器用于读取和写入用户的信息。

2. 软件设计IC卡智能水表的软件主要包括嵌入式系统程序和用户信息管理程序。

嵌入式系统程序负责实时监测水流量，计算用水量并显示在LCD屏上；用户信息管理程序负责管理用户信息，包括用户的身份验证、用水量统计、账单生成和IC卡信息存储等功能。

软件设计需要采用C语言编程，并通过51单片机的开发环境进行编译和烧录。

三、系统功能1. 自动计量IC卡智能水表能够自动监测和计量水流量，并根据水流量大小计算出对应的用水量。

通过水流量传感器的实时检测，系统可以准确地计算出用户的用水量，并在LCD屏上显示。

2. 远程抄表IC卡智能水表支持远程抄表功能，可以通过无线通信方式将抄表数据传输给管理中心。

管理中心可以方便地获取用户的用水量信息，实现了抄表工作的自动化和高效性。

3. 用户信息管理IC卡智能水表具备用户信息管理功能，用户可以通过键盘进行身份验证并查询自己的用水量和账单信息。

管理人员可以利用IC卡读写器对用户的IC卡信息进行读取和写入，便于管理和维护用户的数据。

4. 节水和环保通过智能水表的使用，用户可以实时了解自己的用水情况，从而引起节水的意识。

摘要第1章绪论1.1 本研究课题的背景及意义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3.3 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及其特点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卡及其接口电路的设计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及解决办法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. 表内信息的安全性第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。

摘要单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用很广、发展很快。

而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。

随着我国城镇建设的快速发展，有关城市的水、电、气、暖表的管理和抄表出现的问题也日益突出，根据自来水网的改造、智能小区的建设以及实施“一户一表”工程的需要，本文设计了一种基于AT89C5单片机的智能网络水表，智能网络IC卡水表通过集中器和上位机管理系统连接，将水表的数据传输给远方的上位机，同时上位机管理系统通过集中器对智能网络水表进行监测和管理。

本文采用AT89C51单片机作为主控芯片，开发一种基于IC卡技术的智能水表。

该智能水表可实现总水量累计、月水量统计、水费计算与管理(报警金额、基础水量、计划水量),以及水阀控制等功能。

同时具有预存水费、欠费提示、欠费停水等功能。

关键词：智能水表 AT89C51 IC卡技术AbstractBecause of its extremely high performance-price ratio, the single-chip computer (SCC) has been paid great attention to ever since it came out in 1970s of 20th Century, and has gained an extensive applicable field and fast development. Among all kinds of SCCs, 51 SCC is the most typical and representative one. More and more probelems are arising on the management and record-reading of water meter,electricity meter,and natural gas mater systems as the community development is growing fast.Aiming to slove these problems,the thesis designed a remote central meter reading system and intelligent water system, development of intelligent resident community and the high demand of one meter per family project.This intelligent water mater will collect the data and transfer it to the remote upper-level managing system via concentrator and upper-level management system,while the upper-level management system is responsible for monitoring and managing intelligent water meter network.In this paper, AT89C51 SCM as a master chip, the development of IC card technology based on the intelligent meter. The intelligent meter can realize the accumulated water, water, statistics, computing and management of water (the amount of alarm, basic water, the water plan), and valve control functions. At the same time with stored water and delinquent tips, delinquent water, and other functions.KEY WORDS: Intelligent water meter AT89C51 IC card technology摘要 (I)第一章绪论 (1)1 .1 研究背景 (1)1.2选题意义和经济效益 (2)1.2.1远程集中抄表系统及智能网络水表的推广应用前景 (2)1.2.2社会效益 (2)1.2.3设计的技术指标 (3)1.2.4 采用的控制芯片 (3)1.2.5采用的抄表方式 (3)1.3智能水表市场 (5)1.4智能卡表的安全性内容 (6)1.4.1智能卡表及系统数据存储的安全性分析 (7)1.4.2智能卡表及系统数据交换的安全性分析 (9)1 .5论文的主要内容 (11)第二章整体设计与PROTELL简介 (12)2.1远程集中抄表系统的总体概述 (12)2.2远程集中抄表系统整体结构 (12)2.2.1上位机管理系统 (13)2.2.2集中器 (13)2.2.3智能网络水表 (13)2.3设计方案论证 (14)2.3.1传输抄表方式 (14)2.4 protel电气原理图设计软件 (15)2.4.1 protel电路板设计软件 (16)2.4.2 原理图的绘制 (16)2.4.3 PCB图的绘制 (17)第三章智能水表的硬件设计 (20)3.1系统硬件组主框图 (20)3.2AT89C51单片机性能介绍 (20)3.2.1 AT89C51单片机的特性 (20)3.2.2 AT89C51单片机的引脚说明 (21)3.2.3 AT89C51单片机的振荡器特性 (22)3.2.4.芯片擦除： (23)3.3系统其他硬件的选择和电路设计 (23)3.3.1 A/D转换电路 (23)3.3.2 D/A转换电路 (25)3.3.3数据采集传感器的选型 (26)3.3.4 LCD显示 (28)3.3.5控制阀门的选型 (30)3.3.6电源电路 (31)3.3.7 IC卡接口电路 (32)3.3.8键盘设计 (33)3.3.9报警电路 (33)3.3.10防拆电路 (34)3.3.11复位电路 (34)3.3.12时钟电路 (35)第四章智能水表的软件设计 (37)4.1软件设计思想和组成 (37)4.2主程序设计 (37)4.3中断服务程序设计 (38)4.4子程序设计 (39)4.4.1 LCD显示模块 (39)4.4.2数据采集模块 (40)4.4.3 电机控制模块 (40)4.4.4低电压检测模块 (40)4.4.5 IC卡处理模块 (41)4.5总程序设计 (44)第五章可靠性和抗干扰性设计 (45)5.1 对IC卡水表攻击种类 (45)5.2 对水表的物理性攻击的防范办法 (46)5.3 IC卡水表中干扰的种类 (47)第六章结论 (50)参考文献 (52)致谢 (53)附录 (54)一、英文资料翻译 (54)二、相关程序 (64)1、键盘程序 (64)2、LCD1602的显示程序 (66)3、欠压报警程序 (68)4、蜂鸣器程序 (69)5、时钟程序 (70)三、电路原理图 (73)第一章绪论随着我国城镇建设的快速发展，有关城市的水、电、气、暖表的管理和抄表出现的问题也日益突出，根据自来水网的改造、智能小区的建设以及实施“一户一表”工程的需要，本文设计了一种基于AT89C51单片机的智能网络水表，智能网络IC卡水表通过集中器和上位机管理系统连接，将水表的数据传输给远方的上位机，同时上位机管理系统通过集中器对智能网络水表进行监测和管理。

基于单片机的智能水表的设计重硬件——基于单片机的智能水表的设计毕业设计目录摘要 ........................................................................................................................................ 错误!未定义书签。

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

目录 (1)第1章绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.2 传统水表 (2)1.2.1 传统水表的主要结构 (2)1.2.2 传统水表的主要特点 (2)1.3 智能水表 (2)1.3.1 智能水表的特点 (3)1.3.2 国内外智能水表的发展现状及发展趋势 (4)第2章智能水表的硬件设计 (6)2.1设计思想 (6)2.1.1 方案比较 (6)2.1.2 方案选择 (8)2.2智能水表的工作原理 (8)2.3智能水表的硬件结构 (9)2.3智能水表各模块芯片及器件的选型 (10)2.3.1微处理器的选择 (10)2.3.2传感器的选择 (13)2.3.3记忆单元组成的选择 (17)2.3.4控制阀门的选择 (19)2.3.5 IC卡的选择 (20)2.4各模块硬件电路设计 (21)2.4.1 IC卡读写电路 (21)2.4.2 液晶显示电路 (27)2.4.3 电源模块 (28)2.4.4 单片机模块 (30)2.4.5 记忆单元电路 (30)2.4.6 电磁阀控制电路的设计 (31)2.4.7 电源的设计 (33)2.4.8 检测模块的设计 (35)2.4.9 报警电路 (36)2.4.10防拆电路 (37)2.4.11复位电路 (37)2.4.12时钟电路 (38)2.4.13信号处理模块的设计 (39)2.4.14其它模块电路 (40)第3章智能水表的软件设计 (41)1第4章关于智能水表的节能及安全问题 (43)4.1 IC卡智能水表的低功耗问题 (43)4.2 低功耗解决方案 (43)4.3 IC卡智能水表的安全性问题 (44)4.4 安全性问题解决方案 (44)4.5对水表的物理性攻击的防范办法 (45)第5章结论 (46)参考文献 (47)谢辞 (48)附录 (49)1.相关电路图 (49)2.相关程序 (51)2.1报警程序 (51)2.2蜂鸣器程序 (52)2.3时钟程序 (52)3.protel电气原理图设计软件介绍 (54)3.1 protel电路板设计软件 (55)3.2 原理图的绘制 (56)3.3 PCB图的绘制 (56)4.外文资料翻译AT89C2051单片机简介 (59)基于单片机的智能水表的设计第1章绪论1.1课题背景及意义随着社会科学技术的高速发展，资源短缺现象日益严重，尤其是与人类生存嘻嘻相关的水资源日益缺乏。