基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计

论文编号:JD281  论文字数:28658,页数:71

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；低功耗
Abstract
For 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；
low power consumption

目录
摘    要 1
Abstract 2
第1章  绪   论 4
1.1 本研究课题的背景及意义 4
1.2 本研究课题的发展趋势 6
1.3 本文的工作 7
第2章 设计思想与方案论证 9
2.1 设计思想 9
2.2 方案比较 10
2.3 方案选择 11
第3章  IC卡智能水表的硬件设计 12
3.1 主系统的构成 12
3.2 微处理器 13
3.2.1 单片机的选型 13
3.2.2 单片机AT89C2051简介 14
3.2.3 晶振与复位电路的设计 14
3.3 传感器的选择 15
3.3.1 霍尔接近开关传感器 15
3.3.2 光电检测传感器 16
3.3.3 Wiegand(韦根)传感器 16
3.4 信号处理模块的设计 19
3.5 电磁阀的选择与设计 20
3.6 片外数据存储器的设计 22
3.7 IC卡及其接口电路的设计 23
3.7.1 基于AT24C0X系列的IC卡 23
3.7.2 IC卡的接口电路的设计 24
3.8 人机交互接口的设计 25
3.8.1 报警电路的设计 25
3.8.2 显示电路的设计 25
3.9 电源的设计 27
3.9.1 电池能量的检测 27
3.9.2 超级电容的应用 28
3.10 检测模块的设计 30
第4章 IC卡智能水表的软件设计 32
4.1 主程序的设计 32
4.2 外部中断0子程序 32
4.3 外部中断1子程序 34
4.4 IC卡的读写软件设计 35
4.4.1 SDA和SCL信号 36
4.4.2 IC卡的写操作 37
4.4.3 IC卡的读操作 37
4.4.4 IC卡芯片的控制字节和器件寻址 38
4.4.6 IC卡处理程序流程图 38
4.5 片外数据存储器读写软件设计 40
4.6 显示子程序 40
第5章  关于IC卡智能水表的关键问题及解决办法 41
5.1 IC卡智能水表的低功耗问题 41
5.2 低功耗解决方案 41
5.3 IC卡智能水表的安全性问题 42
5.4 安全性问题解决方案 43
第6章  系统调试 44
6.1 调试设备 44
6.2 硬件调试 44
6.3 软件调试 44
6.4 调试现象 45
总     结 46
参考文献 47
附录   程序清单 48
原理图