【正文】 在大學(xué)這令人留戀的時光里，你們不僅傳授了做學(xué)問的秘訣，還傳授了做人的準(zhǔn)則。參考文獻(xiàn)[1] 吳志成,肇啟明,[J].中國給水排水，2003，(9)：1921[2] [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003：119159[3] [J].，23(11)：3638[4] 張淑清,[J].，(1)：3435[5] [M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999[6] 馬修水. Wiegand傳感器原理及應(yīng)用[J]. ，(9)：67[7] 韓順杰,李慧,[J].，23(3)：2325[8] [M].長沙：湖南大學(xué)出版社，1998，9093[9] 雷建軍,趙明富,[J].(3)：4043[10] [J].，27(6)：36[11] 馬云峰,穆效江,陳子夫等. IC卡智能自來水表的設(shè)計[J].，(1)：4850[12] 龐英,[J]. 青島大學(xué)學(xué)報(工程技術(shù)版).2004，19(1)：7072[13] 皺振春,[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000[14] 王韌. IC卡智能水表的設(shè)計與實現(xiàn)[J].，(4)：1517[15] －智能水表[J].，(7)：30[16] [J].，24(6)：2325[17] [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 [18] YuJin,HuangJiwu,YuanLanying. The Application of Multitasking Mechanismin Single Chip Computer System. Wuhan University Journal of Natural ，4(1)：5760致 謝值此論文完稿之際，心中百感交集，心情久久不能平靜。本系統(tǒng)最大的優(yōu)點是采用了低功耗的設(shè)計和采取了很多有效措施來增強了系統(tǒng)的安全性。后來，在曹老師的指導(dǎo)下。在本設(shè)計中，由于該系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計，所以動態(tài)調(diào)試采用了分模塊調(diào)試的辦法。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。只有自來水公司管理人員用管理卡才能消除這種不良記錄。水表的可靠性是從水表的功能和性能來說的；水表的安全性主要是從水表的數(shù)據(jù)防盜（即竊水）、IC卡數(shù)據(jù)的防非法復(fù)制等角度來說的。(3) 一般情況下，讓芯片處于低功耗睡眠模式（SLEEP MODE）。正常供水情況下，電磁閥處于常開狀態(tài)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)不消耗電能；只有當(dāng)購買的噸位數(shù)用完時，電磁閥關(guān)閉并自鎖于常閉狀態(tài)。我們知道，電控閥依靠電池執(zhí)行開/關(guān)閥動作。經(jīng)常更換電池還為竊水提供了可能。在本設(shè)計具體編程時，剩余水量存儲于3D3EH中；用水總量存儲于393BH中。在本設(shè)計中，我們是通過比較IC卡與片外數(shù)據(jù)存儲器E2PROM兩者對應(yīng)的用戶名信息單元和密碼存儲單元的內(nèi)容是否相同來實現(xiàn)的。在本設(shè)計的軟件編程中，我們采用了隨機(jī)地址讀和順序地址讀兩種操作方式。寫操作時序如圖49所示。圖 讀/寫的啟動與停時序 SDA和SCL通常各自通過一個電阻拉到高電平。下面詳細(xì)地介紹了它的工作原理。在本系統(tǒng)編程中，我們設(shè)定M為測得脈沖數(shù)， m3時對應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)值，“剩余水量1,用水總量+1”中的“1” m3的水量[3]。當(dāng)用戶在進(jìn)行用水操作時，由流量傳感器產(chǎn)生的脈沖信號使進(jìn)入中斷響應(yīng)程序。本章還給出了詳細(xì)的流程圖。 檢測模塊的設(shè)計 檢測模塊主要對以下四種情況進(jìn)行檢測 (1) 水表被拆卸；(2) 電池欠壓或取出電池；(3) 有按鍵按下；(4) 有IC卡插入。當(dāng)電池電壓過低，或突然斷電時（如取下電池），由超級電容繼續(xù)為電路提供電源，同時，超級電容存儲的能量足以關(guān)斷閥門?！　?. 溫度范圍寬40～+70℃，普通電池是20～60℃。更危險的是，電池電量不足的情況出現(xiàn)是隨機(jī)的，如果不精確和及時的監(jiān)測電池電量，將無法可靠地關(guān)斷水閥，造成無法計費、逃水現(xiàn)象等情況出現(xiàn)。具體地講，應(yīng)該在系統(tǒng)掉電到一個門限電壓（該門限電壓應(yīng)高于CPU的最低運行電壓）時，通過相應(yīng)的電壓檢測電路把信號傳遞給CPU，CPU及時對系統(tǒng)進(jìn)行軟件復(fù)位。 電源的設(shè)計 電源是電路部分的動力源，象是飛機(jī)的發(fā)動機(jī)，人的心臟。在顯示程序中，首先將位碼值寫入串行數(shù)據(jù)寄存器(SBUF)。其中一片U3作為段碼驅(qū)動，另一片U1作為位碼驅(qū)動。靜態(tài)顯示方式的優(yōu)點是亮度高、沒有閃動、穩(wěn)定，缺點是功耗大、占PCB面積大、成本高。NPN型三級管Q4導(dǎo)通，蜂鳴器馬上得電發(fā)聲，產(chǎn)生報警[11]。當(dāng)有IC卡插入時，做好讀卡準(zhǔn)備，無卡時。AT24C0X系列IC卡的引出端符合ISO/IEC78162標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)系統(tǒng)斷電以后，系統(tǒng)將把有用的信息保存在AT24C01中，使其不被丟失。而這些數(shù)據(jù)如果存儲在單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器中，單片機(jī)失電重啟動后存儲的相關(guān)數(shù)據(jù)已經(jīng)消失了。當(dāng)浪涌過電壓過后，電路電壓恢復(fù)到正常工作電壓，壓敏電阻又恢復(fù)到高阻狀態(tài)。繼電器即得電產(chǎn)生動作。在這里我們選擇：執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用繼電器HRS2HSDC3V，驅(qū)動帶自鎖的脈沖電磁閥MP15A3V，兩者僅需+3V電源供電。當(dāng)韋根傳感器輸出為正向脈沖時，NPN管導(dǎo)通，脈沖檢測信號W_IN輸出為高電平；當(dāng)韋根傳感器輸出為負(fù)向脈沖時，NPN管截止，脈沖檢測信號W_IN輸出為低電平。具體使用方法為：在水表的計量齒輪上安裝小磁鋼，當(dāng)用戶用水，齒輪轉(zhuǎn)動，小磁鋼將會轉(zhuǎn)過Wiegand絲傳感器，這時傳感器產(chǎn)生一個高電平脈沖信號，經(jīng)過整形、放大處理后輸入至單片機(jī)進(jìn)行計數(shù)計量。它具有以下特點：(1) 傳感器工作時無須使用外加電源，適用于微功耗儀表，如電子水表、電子氣表和其它智能型儀表。將Wiegand線放在與線芯極性相反的外部弱磁場附近，能使線芯的極性發(fā)生改變，線放在與線芯極性相反的外部弱磁場附近，能使線芯的極性發(fā)生改變，而外殼的極性不變。 集成式霍爾開關(guān)傳感器的主要優(yōu)點是：可靠性強、抗干擾性能好、溫度特性優(yōu)良、電源電壓范圍寬、輸出電流能力強、兼容性好、能與CMOS集成電路直接接口，動作響應(yīng)時間短以及體積小巧、壽命長和使用方便等。如使用頻率為6MHZ的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4μs才能完成復(fù)位操作。～12MHz之間，當(dāng)然在一般情況下頻率越快越好。另外考慮到在調(diào)試過程中實驗器材的現(xiàn)實情況，本設(shè)計系統(tǒng)將選用AT89C2051單片機(jī)作為主控芯片。(4) 單片機(jī)片內(nèi)是否有系統(tǒng)所需的外接口。此外，在發(fā)生人為故意破壞時，閥門也會關(guān)閉[2]。系統(tǒng)時鐘采用外接晶振方式，約為6MHz。從長期效益來看，隨著技術(shù)的成熟，社會各行各業(yè)網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的加速，方案二必定是今后的發(fā)展趨勢，它所達(dá)到的效益最佳，方案三次之，方案一最差。3. 方案三：基于89C2051單片機(jī)的IC卡智能水表系統(tǒng)工作原理：以接觸IC卡或非接觸射頻卡作為媒介，將各種信息輸入表中控制系統(tǒng)來自動開關(guān)閥門(供水或停水)，由用戶到自來水公司網(wǎng)點先預(yù)購買水量，再將用水量通過IC卡輸入表中控制系統(tǒng)，等水量用盡即自動關(guān)閥并中斷水的供應(yīng)，報警器在設(shè)定水量用完之前會自動報警以提醒用戶購水，達(dá)到“先買水、后用水”的目的。缺點：(1) 初始化及維護(hù)工作量大；(2) 磁鐵強磁場干擾；(3) 電能耗費?！　?. 欠電自動關(guān)閉系統(tǒng)的功能：當(dāng)電池電壓或電池容量掉到規(guī)定數(shù)值后，意味著電池可能已經(jīng)快沒有電了，此時，水表應(yīng)會自動將閥門關(guān)閉并使系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，并報警提示。自動相減，并且存入E2PROM以防丟失。 本文的工作詳細(xì)分析課題任務(wù)，對IC卡智能水表的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對現(xiàn)代傳感器技術(shù)、IC卡技術(shù)和智能水表控制的原理進(jìn)行了深入的研究，并將其綜合。但是，為什么現(xiàn)在IC卡智能水表的推動工作還很困難呢？這不難理解。現(xiàn)在采用的單體式智能儀表將來就可以作為網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的智能儀表終端。同時，這種網(wǎng)絡(luò)式智能儀表管理系統(tǒng)又與個人金融網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合使用。 本研究課題的發(fā)展趨勢隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，加上國家相關(guān)政策的推動，民用計量儀表的智能化將是一個必然的發(fā)展方向。這與傳統(tǒng)水表一般只具有流量采集和機(jī)械指針顯示用水量的功能相比，是一個很大的進(jìn)步。自來水事業(yè)作為用水資源的重要組成部分，它關(guān)系到人民生產(chǎn)和生活的各個方面。 本研究課題的背景及意義環(huán)境與發(fā)展，是當(dāng)今國際社會普遍關(guān)注的重大問題，保護(hù)環(huán)境是全人類的共同任務(wù)。水資源作為生態(tài)環(huán)境中的重要資源，是人類生活的生產(chǎn)中不可取代的資源，對一個國家的生存和發(fā)展也是極為重要的。由于歷史的原因，我國大部分城市居民使用自來水，都是在區(qū)域性水站供水基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展成為以單位住宅區(qū)或以樓棟、單元為一戶由自來水公司抄表收費的。IC卡智能水表除了可對用水量進(jìn)行記錄和電子顯示外，還可以按照約定對用水量自動進(jìn)行控制，同時可以進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)存儲的功能。這不僅是中國的一種趨勢，也將成為世界性的趨勢。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)才是好的和有效率的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。所以，它們不是一種沖突關(guān)系，而是一種相承關(guān)系。因為從實際情況看，現(xiàn)在的IC卡智能水表確實還存在著許多影響其大規(guī)模推廣使用的問題。然后根據(jù)課題任務(wù)的要求設(shè)計出實現(xiàn)控制任務(wù)的硬件結(jié)構(gòu)及其原理圖和相關(guān)軟件程序，并進(jìn)行訪真調(diào)試。2. 自動供停水功能：當(dāng)剩余水量為0時，自動關(guān)閉閥門；購水后，閥門開啟。2. 方案二：基于CAN總線的智能水表自動抄收系統(tǒng)工作原理：自動抄收系統(tǒng)主要由小區(qū)管理中心計算機(jī)(主控機(jī))、水表數(shù)據(jù)采集器、采集服務(wù)器、中繼站等幾個部分組成，是一種智能化多用戶能耗集中自動抄收系統(tǒng)。優(yōu)點：在用戶不繳費的情況下可自動斷水，有效控制收費單位的資金回籠，不需要人工上門抄表、收費，減少抄表員。綜合考慮以上三種方案，根據(jù)現(xiàn)在的各種實際情況、現(xiàn)有技術(shù)水平和設(shè)計要求，我們選擇了第三種方案基于89C2051單片機(jī)的IC卡智能水表系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)計。 主系統(tǒng)框圖IC卡智能水表工作原理：首先由用戶購買IC卡（即用戶卡），并攜IC卡至收費工作站交費購水，工作人員將購買水量等信息寫入卡中。 微處理器 微處理器是本設(shè)計中的核心器件。(5) 單片機(jī)的極限性能是否能夠滿足要求。 單片機(jī)AT89C2051簡介AT89C2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（Flash）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲的技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元?？梢员ＷC程序運行速度即保證了控制的實時性。產(chǎn)生復(fù)位信號的電路圖如下所示[5]。 但是，從對上述對霍爾開關(guān)傳感器的原理描述中可以看出，霍爾開關(guān)傳感器中必須對霍爾效應(yīng)片輸入控制電流、同時其內(nèi)部還有差分放大器等具有較大功耗的器件，典型的集成式霍爾開關(guān)傳感器耗電為mA級，因此，霍爾開關(guān)傳感器不適合應(yīng)用在本低功耗設(shè)計中。隨著外磁場強度的增加，外殼的極性也隨之發(fā)生變化，這樣置于Wiegand線附近的線圈就能檢測出極性的轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生電壓脈沖輸出。(2) 使用雙磁極交替觸發(fā)工作方式，觸發(fā)磁場極性變化一周，傳感器輸出一對正負(fù)雙向脈沖電信號，信號周期為磁場交變周期。選擇此傳感器作輸入信號測量的傳感器，既滿足了準(zhǔn)確計量的基本要求，又滿足了低功耗設(shè)計的需要，是本低功耗設(shè)計的重要組成部分。即水表葉輪轉(zhuǎn)動一周，脈沖檢測信號W_IN存在一個由高到低的跳變。正常供水情況下，電磁閥自鎖于常開狀態(tài)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)不消耗電能，只有當(dāng)購買的噸位數(shù)用完時，才由固態(tài)繼電器驅(qū)動電磁閥關(guān)閉開關(guān)，并自鎖于常閉狀態(tài)，重新購水插卡后，再次送電開啟。D1為續(xù)流保護(hù)的作用。可以利用壓敏電阻的上述特性來吸收各種干擾過電壓。為了完成此功能，必須在單片機(jī)外部加一個E2PROM，完成這些數(shù)據(jù)的存儲。：電阻R2R25為上拉電阻。C1：VCC，工作電壓；C3：SCL（CLK），串行時鐘；C5：GND；C7：SDA（I/O），串行數(shù)據(jù)（輸入/輸出）；C2，C6：NC，未接。R1RR21為限流電阻[2] [10]。 報警電路 顯示電路的設(shè)計顯示電路作為水表的輸出接口，顯示剩余水量、用水總量等信息。為了在人機(jī)對話設(shè)計中降低硬件成本，節(jié)約單片機(jī)的I/O口資源，我們采用將通過