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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。
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。
一款使用IC卡的智能水表的设计与实现摘要随着工业化的发展，传统的水费收取方式不能满足社会的发展步伐，因此，一款基于单片机的IC卡智能水表的设计满足了人们的需求。
它可以彻底改变自来水的收费方式，实现管理现代化。
本文介绍了一种基于单片机的IC卡智能水表，以数字集成电路技术为基础，以STC12C5A60S2单片机为核心，软件、硬件相结合，组成基于IC卡的智能水表、实现了用水量统计功能、自动供停水功能、显示功能、报警功能、掉电自动保护数据功能及一户一卡功能。
采取由用户自行到自来水管理部门预购自来水的方式，同时“一卡通”的设计可以促进一体化的物业管理，不但使物业管理更加人性化，同时也使节约水资源的科学管理更加方便，既解决了传统收费方式所带来的人工和社会问题，而且IC卡智能水表使用方便，安全可靠，用户可以直观地了解用水情况。
因此，研制一种低功耗、计量准确的智能水表显得极为重要。
本设计分为两个部分，硬件部分和软件部分。
硬件部分介绍了IC卡智能水表的设计，单片机STC12C5A60S2的功能及其在电路中的作用。
软件部分：在了解电路设计原理后，根据原理和目的画出电路流程图，编写程序。
本系统主要包括水流量检测模块、LCD显示模块、IC卡读写模块、数据存储模块及电磁阀控制模块等五个部分组成。
关键词：智能水表，STC12C5A60S2，数字集成电路，IC卡Design and Implementation of a IntelligentWater Meter Based on IC CardAbstractWith the development of industrialization, the traditional way to collect water does not meet the pace of social development, therefore, a single-chip IC card smart meter-based on design to meet the people's needs. It can completely change the way water charges, modernize management.This paper describes a microcontroller-based on IC card intelligent water meter, the design is a digital integrated circuit technology as the basis, STC12C5A60S2 microcontroller core, software, hardware combine to form smart meter IC card-based, statistical functions to achieve the water automatic functions without water supply, display, alarm function, automatic power-down data protection features and a one card function. This approach taken by the user to pre-tap water management approach, while "card" design can contribute to the integration of property management, property management not only more human, but also to save water resources science and management more convenient, both solve the traditional charging method brought labor and social issues, and IC card smart meter easy to use, safe, reliable, user can intuitively understand the water situation, therefore, the development of a low-power, accurate measurement of the smart meter is extremely important .The design is divided into two parts, hardware and software components. One section describes the hardware design, microcontroller STC12C5A60S2 IC card smart meter functionality and its role in the circuit. Software part: after understanding the circuit design principles, based on the principles and objectives of the circuit to draw flowcharts, programming. The system includes water flow detection module, LCD display module is composed of five parts, IC card reader module, data storage module and solenoid valve control module.Key words: Smart water meter, STC12C5A60S2, Digital integrated circuits,IC Card目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1研究现状 (1)1.2研究目的及意义 (1)1.3课题预期成果 (2)第2章关键技术介绍 (3)2.1单片机简介 (3)2.2K EIL C51编译器 (3)2.3接触式IC卡原理 (4)2.4水流量传感器原理 (4)第3章系统硬件设计 (5)3.1系统结构 (5)3.2系统开发环境 (5)3.3系统任务的可行性分析 (6)3.3.1 技术实际应用 (6)3.3.2 成本估算 (6)3.3.3 系统的技术支持 (6)3.4系统安全和防干扰设计 (6)第4章系统设计 (8)4.1设计版图 (8)4.2设计中涉及到重要器件介绍 (8)4.2.1本系统单片机的介绍 (9)4.2.2 24C02接触式IC卡介绍 (9)4.2.3 继电器介绍 (9)4.2.4显示器介绍 (10)4.3系统硬件电路设计 (10)4.3.1 单片机最小系统电路设计 (10)4.3.2 显示器电路设计 (11)4.3.3 IC卡读写电路设计 (11)4.3.4电磁阀控制的设计 (12)第5章系统实现 (13)5.1软件流程图 (13)5.2系统主要程序 (13)5.2.1 IC卡读写程序 (13)5.2.2显示驱动驱动程序 (15)第6章系统测试 (17)6.1系统软件测试 (17)6.2系统硬件测试 (17)6.3整体测试 (18)6.4本章小结 (18)第7章结论 (18)参考文献 (20)致谢..................................................................................................... 错误!未定义书签。
第9卷 第2期2007年3月天津职业院校联合学报Jou rnal of Tianjin Vocational Institutes NO.2Vol.9Mar.2007IC 卡智能水表的设计韩桂利(天津电子信息职业技术学院,天津市 300132)摘 要: 随着城市发展供水的规模日益扩大,迫切需要用现代化科学技术手段改变自来水供水管理的落后现状。
IC 卡水表系统的出现,实现了用水收费的电子化,从根本上杜绝欠缴、迟缴、漏缴水费的现象,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。
关键词: IC 卡;阀门;流量传感器;微处理器;IC 卡读/写器中图分类号:TH248 文献标识码:A 文章编号:1673-582X(2007)02-0006-03收稿日期:2006-06-26作者简介:韩桂利(1957-),男,天津市人,天津电子信息职业技术学院讲师,主要研究单电机开发制作及自动控制。
一、IC 卡智能水表的功能描述1.供、停水的控制功能当用户将购得的水卡(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。
当用水量剩下最后一定量时,水表开始通过指示灯闪烁等方式发出报警信号,提醒用户应及时购水。
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.用水量显示功能为了便于用户及时掌握用水情况,用户可通过水表的液晶显示屏,查看累计用水量、本月用水量及可用水量(指卡表内所剩余的水量)。
当用户插入购水后的IC 卡时,能够自动将水表结余水量与本次购水量进行累计并显示。
3.自动保护及信息加密功能IC 卡水表采用电池供电,水表的水量等重要参数均存储在EEPRO M 芯片内,其数据可保存10年以上。
由于来用掉电保护功能,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。
此外,对IC 卡及卡表内的信息进行加密,做到一卡一表,使系统不易被仿制和非法使用。
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。
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监控，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。
智能化水表的推广，不但可以提高供水管理部门的工作效率实现了用水收费的电子化，而且在技术上为节约用水，合理用水创造条件。
本论文以智能IC卡水表系统为研究对象，重点探讨了基于MSP43OF413型超低功耗单片机在低功耗智能仪表上的应用与开发。
论文首先提出利用IC卡技术智能水表系统的总体设计方案;然后系统地介绍了以MSP430F413单片机为核心的智能水表控制系统的组成、特点及各部分功能，设计了系统控制的硬件电路结构和研究了软件控制流程的实现，采用软硬件结合的方法，对系统的低功耗、抗干扰性设计及安全性问题作了一定的分析与研究；最后，对系统尚存在的问题及进一步开发和完善的内容和方向进行了探讨。
关键词：MSP430单片机；智能水表；IC卡技术AbstractIn order to adapt the reform of the nation system of water supply,studying and making use of the modern intelligence technique to realize the automatic supervision of the water supply,lightening the funds pressure because of“supply water first behind charge”of the department supplying water,reducing the trouble and dispute of copying the form and charging monthly,using the modern science technique change the current administration structure of using water and water supply industry is imperative under the situation.The application of intelligence water meter not improves work efficiency of the department supplying water and realizes using water electronically but also creats a condition for using water frugally and rationally.This thesis takes intelligence water-meter system based on IC card as the research object,and application and the development of the low power MSP430F413 microcontroller in the intelligence instrument is discussed detailedly.In this thsis,firstly,it puts forward a total design project of the intelligence water meter system which make use of the IC card technique;then it systematically introduces the composition,the characteristics and the functions of each part on the control system of this intelligence water meter which adopts low power MSP430F413 micro controller as the core,designs the hardware electric circuit structure of the control system and studies the software to control the system.According to the combination of software and hardware,low power,anti-interferece and the security of the control system are studied and analyzed.In the end,the existing problems of the system and the improvement ideas of software and hardware in the further contents and approaches are proposed.Keywords:MSP430 micro controller;intelligence water meter;IC card technique目录第一章绪论 (1)1.1 选题背景及意义 (1)1.2 IC卡预付费水表及优点 (1)1.3 IC卡智能水表的发展 (2)1.4 国内外发展现状 (3)1.5 IC卡预付费水表的关键技术 (6)1.6 设计的技术指标 (7)1.7 本论文的主要内容 (7)第二章 IC卡预付费水表总体设计 (9)2.1 IC卡概述 (9)2.2 IC卡分类 (9)2.3 IC卡技术 (10)2.4 IC卡的选用 (12)2.5 智能水表的工作原理 (14)2.6 流量计量的原理 (14)2.7 智能水表方案 (16)第三章 MSP430系列单片机介绍 (20)3.1 MSP430系列单片机简介 (20)3.2 MSP430系列单片机功能特性 (20)3.3 MSP430F413型单片机 (21)3.4 MSP430F413引脚图 (25)第四章硬件设计 (26)4.1 智能水表的主系统 (26)4.2 主控芯片 (26)4.3 低电压检测电路 (27)4.4 IC卡接口电路 (28)4.5 液晶显示电路 (28)4.6 脉冲采集电路 (31)4.7 阀门控制电路 (33)4.8 实时时钟芯片接口电路 (36)4.9 上电复位电路 (37)4.10 防拆电路 (38)4.11 报警电路 (39)第五章软件设计及部分程序流程 (40)5.1 系统软件开发调试环境 (40)5.2 MSP430的指令系统 (41)5.3 主程序 (42)5.4 电源电压检测程序 (43)5.5 IC卡读写程序 (44)5.6 脉冲采集计数程序 (45)第六章设计总结 (47)致谢 (48)参考文献 (49)附录一 (52)附录二 (54)附录三 (55)英文资料翻译 (60)第一章绪论1.1 选题背景及意义水资源作为生态环境中的重要资源，是人类生活和生产中不可取代的资源，对一个国家和地区的生存和发展，也起着极为重要的作用。
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。
实验报告实验报告撰写要求一、实验前用预习报告纸撰写预习报告，预习报告包括以下内容1、实验目的2、实验用仪器设备、器材或软件环境3、实验原理、方案设计、程序框图、预编程序等4、实验过程中需要记录的实验数据表格二、实验过程中，要认真观察，仔细记录三、完成实验后用实验报告纸撰写实验报告，包括以下内容1、仪器设备型号及编号2、实验器材或软件环境3、实验步骤、程序调试方法4、实验数据处理及结果分析5、实验中存在的问题6、体会及思考题四、报告撰写时，要求格式规范、书写整齐预习报告成绩：指导教师审核（签名）：年月日预习报告1、实验目的（1）了解完整的PCB板设计工序及方法；（2）掌握原理图的设计方法；（3）掌握PCB板基础知识及设计方法；（4）了解PCB的设计规则。
2、实验用仪器设备、器材或软件环境（1）微机（最低配置: Pentium 4 CPU, 128M内存）；（2）Protel DXP软件（最低版本：）；（3）Windows2000/XP环境、MS Office 2000以上版、Adobe Acrobat 以上版。
3、设计要求本实验要求在Protel DXP软件平台上设计IC卡智能水表的PCB板。
具体要求如下：（1）采用双面板设计PCB（外形及尺寸根据具体电子系统合理布局）；（2）PCB板中的过孔为穿透式、元件安装方式为单面安装；（3）PCB板中的信号导线的宽度≥10mil、电源导线宽度≥30mil，其他参数自定。
4、实验报告要求（1）首先设计电路原理图，要求在设计原理图时要按步骤来设计，具体可以参照教材上的设计实例，要添加图形来说明实验过程；（2）其次设计电路的PCB板，具体要求如下：元件的布局采用手工布局的方式，布局时要考虑元件布局的规则；布线采用自动布线的方式，布线前要设计布线的规则；要分步骤来说明PCB的设计过程，要时添加图形来说明实验过程；（3）实验报告中要写明实验中遇到的问题、解决的方法和实验体会。
IC卡智能水表IC card, Intelligent water meters摘要本设计介绍一种采用MSP430F413单片机作为中心处理单元，用IC卡以及嵌入式安全模块作为信息存储介质的IC卡预付费智能水表的设计方法。
详细介绍仪器的检测、控制以及IC卡等的设计思路及特点。
理论与实践表明：该仪表功耗极低，精度高，性能安全、可靠，抗干扰性极强，使用灵活，从根本上改变了传统自来水计量收费落后的管理模式。
关键词: MSP430F413、IC卡、智能水表、超低功耗ABSTRACTThe design describes a MSP430F413 microcontroller used as a central processing unit, with IC cards and embedded security module as an information storage medium of the IC card prepaid water meter intelligent design. Details of instrument detection, control, and IC cards, design ideas and features. Theory and practice show that: the instrument is extremely low power consumption, high precision, performance, safety, reliability, strong anti-interference, the use of flexible, fundamentally changed the traditional management of water metering and charging backward mode.Keywords: MSP430F413, IC card,Intelligent water meters, low power consumption目录一、前言 (3)二、总体方案设计（一）、系统简介 (3)（二）、系统功能 (5)三、各单元模块功能介绍及电路设计（一）、主芯片介绍 (5)（二）、各单元模块设计 (6)（三）、软件流程 (11)四、系统的调试 (13)五、设计总结 (14)六、参考文献 (15)一、前言随着电子技术、传感器技术的日趋成熟，实现自来水收费管理的电子化、信息化已成为可能。
目前市场上已经出现了各种形式的电子水表。
按照抄表的方式主要可以分为网络式和分立式。
由于在某些场合需要对旧的水表系统改造，如果采用网络式抄表方式需要进行抄表线路的铺设，这给施工带来很大的问题。
而分立式的IC卡水表收费系统则无需考虑这一问题，这为管理部门和用户提供了极大的便利。
基于这一思路我们设计出了基于MSP430的超低功耗接触式IC卡智能水表，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。
设计首先提出利用 IC 卡技术智能水表系统的总体方案；设计了系统控制的硬件电路结构和研究了软件控制流程的实现，采用软硬件结合的方法，对系统的低功耗、抗干扰性设计及安全性问题作了一定的分析与研究。
二、总体方案设计（一）、系统简介该水表的控制核心是MSP430F413单片机，其采用1．8—3．6V供电，它内置LCD驱动器24×4段，还包含了一个具有八个外部通道的12位高性能A/D转换器、一个具有自动扫描功能的容量为16个字节的可编程缓冲器、片内参考电压、电池低压时的检测电路，A/D转换器的速度可高达200KHz。
该水表主要由MCU、电源监测、IC卡读写模块、电动阀门、水表传感器、LCD显示、报警电路7个模块组成。
整体工作原理见图2-1 IC 卡智能水表原理结构框图。
图2-1 IC卡智能水表原理结构框图电源监测模块采用HOTEK公司的HT7027A，当该芯片检测到电源电压低于2．7V时，会触发1个低电平信号，单片机检测到低电平信号时发出报警，并关闭阀门。
水流传感部分采用磁敏元件干簧管。
水流带动水表中的磁体旋转，当磁铁靠近干簧管时，干簧管导通，此时单片机会在相应的端口检测到低电平。
为了避免重复计数，在水表中安装了3个干簧管，只有当单片机先后检测到3个不同的干簧管导通时才算作1次有效的计数。
当读卡器有IC卡插入时，卡座上的卡簧常开触点闭合，在单片机的I／O口检测到低电平输入，转入读写卡操作的程序。
主要的卡型分为开户卡、用户卡、管理卡、数据采集卡以及清零卡。
对于不同权限卡，系统分别作以不同的处理。
水表阀门采用2.5-6V直流电机，当人为破坏水表或所购买水量低于设定值时，水表报警并及时关掉阀门，同时将数据保存在内部Flash中。
（二）、系统功能(1)机械与电子同时计量，计量误差小于≤0.1%；(2)读卡、写卡，并根据卡的内容进行开户，上传水表数据、开关阀门等操作。
(3)增、减计数以及存储当前的剩余水量和总用水量。
(4)液晶显示。
(5)当计数满足一定条件时，电池电量不足时以及用户作出不符合规定的操作时，进行相应的报警、开关阀动作。
三、各单元模块功能介绍及电路设计（一）、主芯片介绍: MSP430F413主控芯片MSP430F413，有5种低功耗模式，最低耗电在0.7 μA 左右，活动模式耗电在205μA，I／O输入端口的漏电流最大仅50 nA，从低功耗模式转向活动模式只需6μs，这些特性使得单节2．4Ah的电池可以保证系统正常工作超过6年，达到了业界要求的工作年限标准。
同时MSP430F413还集成了96段液晶驱动器，简化了水表的人机界面设计。
LCD显示：水表段式液晶水表液晶显示模块(LCM)，采用段式液晶显示器(LCD)，专用液晶显示驱动器。
该系列的模块具有较宽工作电压和低功耗等特性，接口简单操作简易。
具有比传统机械表更多的优势。
图3-1 水表段式液晶外观图（二）、各单元模块设计(1) MCU模块:时钟电路复位电路MSP430F143芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。
反相放大器的输入短为XTAL1，输出端为XTAL2，分别是MSP430F413的第8脚和第9脚。
在Xin和Xout两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。
数据存储单元由于MSP430F413自身所带60KROM/2KRAM Flash Memory足以满足要求，故采用自身的Flash Memory做数据记录。
(2)IC卡读写模块:此处选用的是接触式的卡型为.SLE4442逻辑加密卡它的引脚是八个，卡中集成电路、加密逻辑、串行EPROM，它的存储能力强，不易丢失，而且可以反复读写。
SLE4442卡有8个管脚，与操作命令有关的是RST复位引脚由P6.1控制，CLK时钟输入端由P6.2控制，SDA 双向数据端由P6.0控制。
所有的地址，数据和命令都通过SDA输入输出。
为了能够识别是否有卡插入，在单片机上设置了3个I／O口连到读卡器的卡座，当读卡器有卡插入时，P6．4口对地短路，从P6、4口检测到低电平，从而可以判断卡簧是闭合还是分离，以此来通知单片机是否需要进行读写卡操作。
根据需要，可以设置用户卡、测试卡、置换卡、复位卡。
其中复位卡用来给MCU单元设置初值，实现系统复位功能。
测试卡用来测试系统是否能正常工作。
用户卡在系统正常使用时起作用。
置换卡是在用户需要换卡时使用，当第一次插入后，变为用户卡。
(3)电源监控模块:该模块采用sp809-3.1电源管理芯片，该芯片要求设定的门限电压（该门限电压高于CPU的最低运行电压）。
当系统掉电到这个门限电压时，通过相应的电压检测电路把信号传递给CPU，CPU及时对系统进行报警，提示用户更换电池。
(4)水表传感器模块:水流传感部分采用磁敏元件干簧管。
水流带动水表中的磁体旋转，当磁铁靠近干簧管时，干簧管导通，此时单片机会在相应的端口检测到低电平。
为了避免重复计数，在水表中安装了2个干簧管，只有当单片机先后检测到2个不同的干簧管导通时才算作1次有效的计数。
为了有效防止各种可能的干扰抖动而产生的多计数现象，本设计中采用双干簧管双脉冲通过由电容和电阻组成的防抖电路输入单片机计数，当两个脉冲输入段依次有脉冲输入的时候才产生一个有效脉冲计数，两个脉冲有互锁功能，P2.0和P2.1作为脉冲输入端。
每输入一个脉冲，在存储器中减去相应水量。
表内设有磁保护装置，具有较强的抗外磁干扰能力。
电路图见图3-2。
图3-2 干簧计数电路图(5)阀门控制模块:对于水表而言，阀门是被控对象，控制着进水的开关状态。
设计中利用直流电机带动半球阀正转或反转的方式来控制阀门的开启和关闭。
我们对现有电平开关式电磁阀进行了改进，将阀门的开关控制由电脉冲来实现，使得对阀门开关只是瞬时供电，从而减少耗电量。
通过控制P1.0和P1.1上的电平高低使得流过电机的电流有正反两个方向，实现直流电机的正反转。
利用MSP430F413内部比较器检测堵转电流来控制电机运行。
当电机正常工作时一旦堵转，电流迅速增大，来通知MSP430F413电机转到位，有效地解决阀门关闭不可靠问题。
电路图3-3所示。
图3-3 马达驱动电路(6) LCD显示模块:为了便于用户及时掌握用水情况，该系统带有液晶显示屏，用户可以直接看到累计用水量、本次购水量、剩余水量等。
IC卡的使用信息，电量缺少提示，水量不足提示等。
液晶显示外观如图3-4所示：图3-4液晶显示外观(7)报警电路:当水表受到人为破坏、窃水以及强磁干扰，当水表的电池电量不足时，系统通过调用报警子程序置P6.5驱动三极管，嗡鸣器发出报警声提醒用户。
电路图见图3-5.图3-5 防拆电路与蜂鸣器电路（三）、软件设计全部软件由C语言编程，形成目标文件放在程序存储器里，其存储容量小，执行速度块。
系统软件按模块设计。
软件主要由主程序、中断服务程序、显示子程序、IC卡读写程序等组成。
主流程图如下。
IC卡中的信息存在flASH中，直接操作时先将数据由FLASH读入到RAM中，然后选择适当的时机将数据再写入FLASH中程序保存从0E020开始，由0E0000-0E01F保存不易失数据(32个，64个字节)需要保存的数据如下：表内参数：lcd显示时间（1个字节），报警水量（1个字节），关阀水量(1个字节)，关阀后自动开阀历时时间（1个字节），最大关阀时间（1个字节），最大开阀时间（1个字节），单位脉冲计量多少水量（0.01//0.1//1）（2位），累计用量（2个字节），另外用一个字节记录每当累计用量超过65535时，另一个字节加1，所以表的量程为:0~65535*255*0.1 。
