基于51单片机的ic卡智能水表课程设计

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。

基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计方案1文献综述1.1课题的背景及意义环境与发展，是当今国际社会普遍关注的重大问题，保护环境是全人类的共同任务。

水资源作为生态环境中的重要资源，是人类生活的生产中不可取代的资源，对一个国家的生存和发展也是极为重要的。

水资源是一切生命的源泉，是人类不可缺少的物质条件，没有水人类就不能生存，没有水人类赖以自下而上的物质生产就不能发展。

IC卡智能水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。

这与传统水表一般只具有流量采集和机械指针显示用水量的功能相比，是一个很大的进步。

IC卡智能水表除了可对用水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量自动进行控制，同时可以进行用水数据存储的功能。

由于其数据传递和交易结算通过IC卡进行，因而可以实现由工作人员上门操表收费到用户自己去营业所交费的转变。

IC卡交易系统还具有交易方便，计算准确，可利用银行进行结算的特点[1]。

IC卡智能水表及其管理系统的出现，将从根本上解决了已上问题。

采用IC卡智能水表进行交易结算，不但实现了用水收费的电子化，而且还改变了先用水后收费的不合理状况，使的供水部门能预先收取部分费用，有利于公用事业的发展。

IC卡智能水表具有成本低、可靠性高、使用寿命长及安全性好等优点，可提高居民用水收费的管理水平，确保供水部门能及时收取水费。

因此，IC卡智能水表成为相关科研单位关注的重点，具有很好的经济效益与社会效益[2]。

1.2 智能水表的发展趋势随着微电子技术的快速发展，加上国家相关政策的推动，民用计量仪表的智能化将是一个必然的发展方向。

这不仅是中国的一种趋势，也将成为世界性的趋势。

而在近十年里，单体式智能IC卡类仪表又将会是发展主流。

从实际情况看，现在的IC卡智能水表确实还存在着许多影响其大规模推广使用的问题。

这些问题集中起来主要是（1）价格太高；（2）质量不可靠；（3）存在安全隐患。

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卡智能水表控制系统设计[附程序+图]基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计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。

这种传统收取水费的方式需要的工作人员多、费时、费力、效率低，常常出现用户欠缴、迟缴或漏缴水费等问题。

为了解决这些问题，本文在研究国内外智能水表发展现状的基础上，设计了一个基于单片机实现的IC卡智能水表控制系统。

本系统以AT89C2051单片机为核心部件，通过韦根传感器检测用水量，运用IC卡读写及加密技术，实现购水与用水量管理。

本文完成了系统的硬件电路设计和软件设计。

硬件电路采用模块化设计，包括用水量检测电路、IC卡接口电路、电磁阀驱动电路、报警电路、LED显示电路等，详细分析了各模块的工作原理；系统软件采用汇编语言编制，给出了具体的程序流程图。

系统具有自动供停水、插卡智能识别、身份验证、掉电保护、LED显示、电磁阀门智能开关控制、防干扰、防拆卸等功能。

关键词：单片机；韦根传感器；IC卡；智能水表Based on single-chip IC card intelligent water meter control system designAbstractFor 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目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 课题的背景及意义 (1)1.2 智能水表的发展趋势 (1)1.3 本课题的研究工作 (2)2 设计方案与方案论证 (3)2.1 设计方案 (3)2.2 方案选择 (4)3 IC卡智能水表的硬件设计 (5)3.1 主系统的构成 (5)3.2 微处理器 (6)3.2.1 单片机的选型 (6)3.2.2 单片机AT89C2051简介 (6)3.2.3 晶振与复位电路的设计 (7)3.3 传感器的选择 (8)3.3.1 霍尔接近开关传感器 (8)3.3.2 光电检测传感器 (8)3.3.3 Wiegand(韦根)传感器 (9)3.4 信号处理模块的设计 (11)3.5 电磁阀的选择与设计 (12)3.6 片外数据存储器的设计 (14)3.7 IC卡及其接口电路的设计 (15)3.7.1 基于AT24C0X系列的IC卡 (16)3.7.2 IC卡的接口电路的设计 (16)3.8 人机交互接口的设计 (17)3.8.1 报警电路的设计 (17)3.8.2 显示电路的设计 (18)3.9 电源的设计 (20)3.9.1 电池能量的检测 (20)3.9.2 超级电容的应用 (21)3.10 检测模块的设计 (23)4 IC卡智能水表的软件设计 (25)4.1 主程序的设计 (25)4.2 外部中断0子程序 (25)4.3 外部中断1子程序 (26)4.4 IC卡的读写软件设计 (27)4.4.1 SDA和SCL信号 (28)4.4.2 IC卡的写操作 (29)4.4.3 IC卡的读操作 (29)4.4.4 IC卡芯片的控制字节和器件寻址 (30)4.4.5 IC卡处理程序流程图 (30)4.5 片外数据存储器读写软件设计 (31)4.6 显示子程序 (32)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录 (37)基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计1 绪论1.1课题的背景及意义环境与发展，是当今国际社会普遍关注的重大问题，保护环境是全人类的共同任务。

基于51单片机的家用水流量计设计毕业设计摘要：本设计以实际家庭生活为背景，使用51单片机为主控芯片，设计了一种家用水流量计，可以实时监测和显示家庭用水量，并通过液晶显示屏显示当前用水量和累计用水量，方便家庭管理和用水计量。

该设计采用水流传感器检测水流，通过51单片机进行信号处理和计算，实现流量的准确测量。

设计还包括电源管理模块和通信接口，可接入家庭智能系统进行数据传输和远程监控。

通过实验验证，该设计具有较好的性能和稳定性，可以满足家庭生活中对水流量计的需求。

关键词：51单片机；水流量计；流量检测；液晶显示屏；家庭用水管理一、引言水资源是人类社会发展中不可或缺的重要资源，合理使用和管理水资源对节约水资源、保护环境等具有重要意义。

在家庭生活中，人们对用水量的控制和管理也变得越来越重要。

因此，设计一种家用水流量计，实时监测和显示家庭用水量，对于家庭用水管理具有重要意义。

二、设计原理1.水流传感器水流传感器是本设计中的重要组成部分，用于检测水流并将其转换成电信号。

常用的水流传感器有涡轮流量传感器和电磁流量传感器等。

在本设计中，选用涡轮流量传感器，其原理是通过涡轮旋转的速度来确定流量大小。

2.传感器信号处理与计算传感器输出的电信号经过滤波和放大等处理后，通过51单片机的AD 转换模块进行模数转换，得到相应的流量数值。

根据传感器的特性和流量的计算公式，可以进一步将流速转化为流量，并进行相应的数据处理。

3.信息显示模块为了方便用户了解当前用水量和累计用水量，设计了液晶显示屏。

通过51单片机的IO口和液晶显示屏进行通信，将实时的用水量和累计用水量显示在液晶显示屏上，使用户可以方便地获取信息。

三、系统设计1.硬件设计本设计的硬件主要包括水流量传感器模块、51单片机主控芯片、液晶显示屏、电源模块和通信接口。

水流量传感器模块用于检测水流，51单片机主控芯片用于信号处理和计算，液晶显示屏用于显示实时用水量和累计用水量，电源模块用于供电，通信接口用于连接家庭智能系统。

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。

基于51单片机的数显节水型水表的设计摘要：本设计是基于51单片机的一种数显节水型水表。

该水表是采用霍尔传感器采集水流信号,通过对现有水表的改进,并结合电子传感技术，设计出一种体积小,重量轻,全数显的节水型水表。

该数显水表的叶轮处安装上小磁柱,水表外壳上装有霍尔元件AH44E，霍尔元件接收到的信号被传入单片机，信号通过处理，传送到显示板上，显示板上分别带有可显示瞬时流量、累计流量的视窗、报警灯和报警器，显示板上盖有透明密封板。

本设计有如下的优点：一、准确反应瞬时流量和累计流量,读数准确,使用效果好；二、能够在超过用户设定值时提醒用户，起到了时时提醒用户节水的目的。

关键字：数显，霍尔传感器，小磁柱，显示板，报警The design of digital showed water-meter basedon 51 MicrocontrollerAbstract: This design is a saving meter which based on a digital display 51 microcontroller. The water meter is collected using Hall sensor signal flow through the improvement of the existing water meter, combined with electronic sensing technology,Design a small size, light weight, all figures show the water-meter. The figures show that the impeller to install water meters on the small cylinder. The water meter is equipped with a Hall element AH44E shell. Hall element received signal is passed to SCM. The signal is processed, sent to the display board. Display board can be displayed with the instantaneous flow, respectively, the cumulative flow window, alarm lights and alarm, the display board covered with a transparent sealing plate. This design has the following advantages: 1, accurately reflect the instantaneous flow and total flow rate, reading accuracy, and efficiency is good; 2, the user can set the value in more than remind the user, playing the purpose of saving time to time to remind the user.Keyword: Figures show, Hall sensors, small cylinders, display board, alarm目录1设计来源及设计意义 (3)2设计方案 (3)2.1总体设计 (3)2.1.1智能水表的硬件组成部分 (3)2.1.2智能水表应具有以下功能： (3)2.1.3智能水表实现方式 (3)2.2 理论基础 (4)2.2.1 AT89S51单片机 (4)2.2.2 AH44E霍尔传感器 (5)2.2.3 1602LCD液晶显示屏 (6)2.2.4 水流计 (7)3 硬件设计 (7)3.1 设计方案 (7)3.2电路图的设计 (8)3.2.1信号采集电路 (8)3.2.2数据显示电路 (9)3.2.3复位电路 (9)3.2.4 报警灯电路 (10)4 软件设计 (10)4.1主流程框图 (10)4.2按键扫描子程序框图 (12)4.3 流水量计数程序框图 (13)4.4报警子程序框图 (14)5 系统调试 (15)6总结 (15)致谢 (15)附录： (16)附录一：1602LCD简介 (16)附录二：霍尔元件简介及应用 (19)附录三：按键扫描子程序 (26)1设计来源及设计意义近年来，全球缺水问题已引起人们普遍关注。

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。