基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计附程序+图

基于单片机的控制系统—IC卡智能水表姓名：刘二涛班机：自动化112201H学号：201122060115AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C2051单片机在电子类产品中有广泛的应用。

AT89C2051还具有2级程序存储器保密锁定、15条可编程I/O线、6个中断源等性能。

AT89C2051单片机AT89C2051单片机引脚图基于AT89C2051单片机的IC卡智能水表系统以接触IC卡或非接触射频卡作为媒介，将各种信息输入表中控制系统来自动开关阀门(供水或停水)，由用户到自来水公司网点先预购买水量，再将用水量通过IC卡输入表中控制系统，等水量用尽即自动关阀并中断水的供应，报警器在设定水量用完之前会自动报警以提醒用户购水，达到“先买水、后用水”的目的。

根据设计要求，所要设计的系统除了解决最基本的正常供水还应具有一定的智能功能。

主系统的框架图如图1所示。

由图中可以看出，系统由这样一些功能模块组成：微处理器、流量传感器、信号处理模块、IC卡接口电路、E2PROM数据存储电路、显示电路、报警电路、电源模块、电磁阀驱动电路以及其他辅助电路。

所有模块的设计均考虑了低功耗的要求，本系统采用外接3节5号电池供电，内部采用超级电容作为备用。

系统时钟采用外接晶振方式，约为6MHz。

图1 主系统框图IC卡智能水表工作原理：首先由用户购买IC卡（即用户卡），并携IC卡至收费工作站交费购水，工作人员将购买水量等信息写入卡中。

用户将卡插入IC卡水表，卡表内单片机识别IC卡密码并确认无误后，将卡中购买水量与表内剩余水量相加后，写入卡表内存储器，同时必须将IC卡内购水值清零。

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。

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ADuC812单片机IC卡预付费水表的研制关键词： IC卡水表 ADuC812 低功耗安全性可靠性1 引言长期以来，我国水表的收费一直采用人工抄表、收费的方式,工作十分繁琐,而且容易出错。

此外,目前人们工作繁忙,很多楼宇又装有防盗门锁,收费工作更加不方便，要解决这些问题，必须依靠现代科学技术对传统水表进行改造，使其智能化。

随着IC卡应用的普及，利用IC卡实现“先付费后用水”的水费管理成为可行。

本文研讨的IC卡智能水表具有功耗低、安全性高、可靠性好、抗干扰能力强的特点。

2 总体方案设计2.1 智能水表的组成智能水表的原理框图如图1所示，主要由单片机系统、电源、IC卡座、微功耗电阀门及流量传感器等部分组成。

图 1 智能水表原理框图2.2 智能水表的功能(1) 根据所购水量，自动执行供、停水当用户将所购水卡(IC卡)插入水表时，表内系统在确认该卡有效后，自动打开阀门，进行正常供水，一旦用水量达到水卡所购水量，水表将自动关闭阀门，切断供水。

(2) 具有自动报警功能当用户用水量剩下最后一定量时，水表通过喇叭发出声音报警信号，提醒用户及时购水。

(3) 可随时提供累计用水量、本月用水量、可用水量及相应的水费信息用户通过水表的液晶显示器，查看累计用水量、本月用水量、可用水量及相应的水费信息。

(4) 可对购水量及水费进行累计当用户插入购水后的IC卡时，水表自动将本次购水量与表内结余水量进行累计，计算水费，并存入水表内。

(5) 具有自动保护功能当水表被擅自拆卸时，表内自动保护系统将自动关闭阀门，停止供水，并记录拆卸时间，以备查验。

(6) 断电保护功能智能水表采用交直流两种方式供电，一旦外界交流电源停止供电或电池失效，表内的水量、水费等重要参数可保存10年以上。

(7) 加密功能能对IC卡及表内的信息进行加密，防止非法使用。

3 硬件系统设计3.1 ADuC812单片机系统ADuC812是美国AD公司推出的高性能单片机，具有集成度高、资源丰富等特点。

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。

基于单片机的IC智能水表不但可以提高供水部门的工作效率，而且在技术上为节约用水、合理用水创造了条件，由于这些特点，基于单片机的IC智能水表得到了越来越广泛的应用。

本论文主要设计研究基于单片机的IC卡智能水表电路，其主要功能是以AT89C51单片机为核心，实现IC卡的读写，液晶显示的控制，电磁阀的控制，脉冲的提取，同时具有安全保护电路、记忆单元电路、通信接口电路，完成整个水表信号的读、写处理，监控水表工作的功能。

本文对每个模块逐一进行了研究，全面详细地论述了硬件电路的设计流程，对本设计中IC卡读写电路模块、液晶显示电路模块和H6152读写电路模块等工作原理及功能进行了详细了说明。

关键词：单片机；IC卡；液晶显示；记忆模块目录第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章智能水表的组成和单片机的选择 (5)2.1智能水表系统硬件组成 (5)2.2 AT89C51单片机简介 (6)2.2.1 89C51单片机的基本组成 (6)2.2.2 89C51单片机引脚及其功能 (7)第3章系统各模块硬件电路设计 (8)3.1 IC卡读写电路 (8)3.1.1 Mifare 1射频IC卡 (8)3.1.2 H6152读写模块 (11)3.1.3 IC卡读写电路的原理及说明 (11)3.2 液晶显示电路 (14)3.2.1 液晶显示模块 (14)3.2.2 电源模块 (16)3.2.3 单片机模块 (18)3.3 记忆单元电路 (18)3.3.1 I2C总线简介 (18)3.3.2 AT24C01简介 (20)3.3.3 硬件原理图 (20)3.4 电磁阀控制电路 (21)3.5 其它模块电路 (22)第4章系统各模块软件设计 (23)4.1 IC卡读写软件设计 (23)4.1.1 H6152内部寄存器 (23)4.1.2 H6152通信协议与控制命令 (25)4.1.3 IC卡读写电路程序流程图及部分程序 (29)4.2 液晶显示电路软件设计 (30)4.2.1液晶控制驱动器指令集 (30)4.2.2程序流程图及部分程序 (32)4.3 记忆单元电路软件设计 (34)第5章结论 (35)附录：电路图 (36)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。

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MSP430的智能水表设计智能水表系统的实用性研究己成为当前仪表行业的热点之一。

本文介绍的就是一种基于MSP430F413单片机的智能水表的设计。

本论文以智能IC卡水表系统为研究对象，重点探讨了基于MSP430F413型超低功耗单片机在低功耗智能仪表上的应用与开发。

智能水表的工作原理本文设计的智能水表的工作原理：用户先购买IC卡（用户卡），并携带IC 卡至收费工作站交费购水，工作人员将购水量等信息写入卡中。

用户将卡插入IC 卡水表表座内时，IC卡水表内单片机识别IC卡密码，校验并确认无误后，将卡中购水量与表内剩余水量相加后（初次使用时，剩余水量为零），写入IC卡水表内的存储器，进而控制电阀开通阀门供水。

用户在用水过程中，带磁感器的叶轮在水流的冲击下转动，通过磁传递，带动上表罩上的梅花齿轮转动并使多极齿轮转动，实现机械累计计量，每当计量到0.01m3时由位于0.01m3处的计量传感器向单片机发出同步的计量脉冲信号，此时，MSP430F413将输入的有效脉冲计入并计算用水量，IC卡水表内剩余水量就会相应的减少一个计量单位，累计用水量就会增加一个计量单位，LCD显示屏上显示剩余水量等相关用水数据。

当剩余水量低于一个定量时（有一个事先设定好的最低剩余水量值），IC卡水表的报警系统启动（蜂鸣器响起），提醒用户及时到供水部门再次购水，这时，LCD显示屏上显示“请购水”字样。

当剩余水量为-1时，单片机驱动电阀自动关闭，切断水源，停止供水并报警。

在用户重新购水读卡存入后，再开通电阀供水。

在正常情况下，阀门处于开通状态，当遇到剩余水量为-1或者电池电压小于3V等其他特殊情况时阀门会由开通变为关闭状态。

MSP430F413简介TI公司MSP430 F413系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，其中包括一系列器件，它们针对不同的应用而由各种不同模块组成。

它们具有16位RISC结构，CPU的16个寄存器和常数发生器使MSP430微控制器能达到最高的代码效率。