【正文】 開題、研究和撰寫的每一個環(huán)節(jié)，無不得到金老師的悉心指導(dǎo)和幫助，是金亮老師在我知識匱乏的時候，耐心、細(xì)致的給予我?guī)椭?。在安全性的設(shè)計(jì)方面，使用了邏輯加密IC卡，必須核對用戶信息和密碼正確才能讀取有效數(shù)據(jù)；單片機(jī)控制的I/O口和繼電器控制端口之間用光電耦合器進(jìn)行了隔離，這樣，由于繼電器通斷所造成的電火花和電弧就不會影響到單片機(jī)系統(tǒng)了；應(yīng)用超級電容作為備用電源，有效地防止系統(tǒng)掉電時用戶進(jìn)行偷盜水的操作。在本設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)的。在本設(shè)計(jì)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。地址碼長度為8位。其中，啟動與停止邏輯單元產(chǎn)生控制讀/寫操作的“開始”和“停止”標(biāo)志信號[17]。圖42 外部中斷子程序 IC卡的讀寫軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程應(yīng)為確認(rèn)有卡插入后，延時，待IC卡供電電路穩(wěn)定，讀IC卡標(biāo)志位，并與系統(tǒng)中保存的標(biāo)志比較，確認(rèn)后，讀數(shù)據(jù)區(qū)。因此，Q與N是一一對應(yīng)關(guān)系。從而達(dá)到用水必須預(yù)先交費(fèi)的目的，省去了人工抄表收費(fèi)環(huán)節(jié)。當(dāng)產(chǎn)生中斷后，(F_KEY)、(V_MONI)、(OPEN_D)、(SW_T)，如圖318所示，以確認(rèn)是哪種情況產(chǎn)生的中斷后作出相應(yīng)處理。如果電池電量不足，用戶可以隨時更換。與內(nèi)裝鋰電池的智能水表相比，這種方案是用超級電容替換鋰電池封裝在水表中，同時外接干電池供電。針對這一問題，水表生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)了很多方案，如：盡量降低功耗，在靜態(tài)時控制漏電流在10μA以內(nèi)，保證電池可以連續(xù)使用5年以上，這對電路的設(shè)計(jì)和元器件的選型提出了更高的要求，增加了設(shè)計(jì)難度和成品檢測的工序，如加上可靠的電池電量監(jiān)測電路，也會使成本增加。電壓檢測器可以選用合泰公司的HT70XX系列產(chǎn)品，此產(chǎn)品價位較低，而且規(guī)格十分齊全。如果要求在低二位顯示第2個字符，則WMbufer(1111 1110)不帶進(jìn)位位左移一位(1111 1101)并送WMbufer。選擇AT89C2051的串行口方式為0方式，即移位寄存器方式[12]。在小型的控制系統(tǒng)中，通常用LED數(shù)碼管作為顯示器件。另外，還對顯示電路在本系統(tǒng)中應(yīng)用的顯示原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析。此微動開關(guān)在無IC卡狀態(tài)時，處于斷開狀態(tài)；有卡插入時，IC卡卡座上的微動開關(guān)動合，因此，此開關(guān)往往是用來判斷是否插IC卡的傳感器件[2]。它的工作原理我們將在第四章詳細(xì)介紹。I2C總線簡介：I2C總線由PHILIPS提出，是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。由于ZnO壓敏電阻特性曲線較陡，具有漏電流很小、平均功耗小、溫升小、通流容量大、伏安特性對稱、電壓范圍寬、體積小等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于直流和交流回路中吸收不同極性的過電壓。從上圖中可以看出，單片機(jī)控制的I/O口和繼電器控制端口之間用光電耦合器進(jìn)行了隔離，這樣，由于繼電器通斷所造成的電火花和電弧就不會影響到單片機(jī)系統(tǒng)了[8]。當(dāng)水量為零時，控制閥自動關(guān)閉，水路即被切斷，此時用戶須重新持卡購水。由于我們設(shè)定外部中斷（）為跳變觸發(fā)方式，即電平發(fā)生由高到低的跳變時觸發(fā)。 信號處理模塊的設(shè)計(jì)WG系列WG101韋根傳感器所產(chǎn)生的正向脈沖信號一般為1V～2V之間。③ 輸出信號幅值與磁場的變化速度無關(guān)，可實(shí)現(xiàn)“零速”傳感。常用結(jié)構(gòu)示意如圖34所示。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。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。④ 單片機(jī)片內(nèi)是否有系統(tǒng)所需的外接口。當(dāng)E2PROM中存儲的水量用完時，單片機(jī)自動關(guān)閉電磁閥。由圖中可以看出，系統(tǒng)由這樣一些功能模塊組成：微處理器、流量傳感器、信號處理模塊、IC卡接口電路、E2PROM數(shù)據(jù)存儲電路、顯示電路、報警電路、電源模塊、電磁閥驅(qū)動電路以及其他輔助電路。從設(shè)計(jì)的難易程度來看，方案三融合了微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、IC卡技術(shù)等，這些技術(shù)都已經(jīng)相當(dāng)成熟，最容易實(shí)現(xiàn)，方案二最難，方案一次之。缺點(diǎn)：前期經(jīng)濟(jì)投入太多，需要大量的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員，維護(hù)工作量大。2 本論文的方案論證 設(shè)計(jì)方案方案一：脈沖發(fā)訊集中抄收式智能水表系統(tǒng)工作原理：由表具不斷發(fā)出脈沖信號，經(jīng)采集器對脈沖信號進(jìn)行采集、累加、存儲和數(shù)據(jù)上傳。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， IC卡智能水表將會不斷發(fā)展完善。采用IC卡智能水表進(jìn)行交易結(jié)算，不但實(shí)現(xiàn)了用水收費(fèi)的電子化，而且還改變了先用水后收費(fèi)的不合理狀況，使的供水部門能預(yù)先收取部分費(fèi)用，有利于公用事業(yè)的發(fā)展。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。由于其數(shù)據(jù)傳遞和交易結(jié)算通過IC卡進(jìn)行，因而可以實(shí)現(xiàn)由工作人員上門操表收費(fèi)到用戶自己去營業(yè)所交費(fèi)的轉(zhuǎn)變。而在近十年里，單體式智能IC卡類儀表又將會是發(fā)展主流。然后根據(jù)課題任務(wù)的要求設(shè)計(jì)出實(shí)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。優(yōu)點(diǎn)：CAN現(xiàn)場總線的方式來傳送數(shù)據(jù)，以克服市場已有傳送方式所存在的不足之處，其傳送方式可實(shí)現(xiàn)10公里范圍的小區(qū)抄收工作，同時性能比同類系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。隨著微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，以上該方案的缺點(diǎn)我們通過可行的具體方案基本可以解決了。還對各種器件的選擇（如微處理器、傳感器等）做了詳細(xì)的分析。當(dāng)用戶用水時，由流量傳感器采進(jìn)來的信號以脈沖形式觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷，換醒單片機(jī)，進(jìn)行用水處理。① 單片機(jī)的CPU是否有合適的處理能力。當(dāng)P0口作為輸入/輸出口時，P0是一個8位準(zhǔn)雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無需外接上拉電阻。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中，我們采用的外接晶振頻率約6MHz，因此機(jī)器周期約2μs。 目前的光電檢測傳感器就是利用上述原理，以光電二極管為例，把發(fā)光二極管和光電二極管相對放置便組成了光電檢測電路，當(dāng)被檢測物體通過二者之間時，由于光電二極管所接受的光的強(qiáng)度發(fā)生變化，其產(chǎn)生的光電動勢也發(fā)生變化，將這種變化進(jìn)行放大和處理，就能產(chǎn)生反映有無物體通過二者之間的電壓脈沖信號。其工作原理是傳感器中磁性雙穩(wěn)態(tài)功能合金材料在外磁場的激勵下，磁化方向瞬間發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而在檢測線圈中感生出電信號，實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。在這里，我們選擇了南京艾馳電子科技有限公司的WG系列韋根傳感器產(chǎn)品，其型號為WG101。 圖37 信號處理電路圖由于WG系列韋根傳感器使用雙磁極交替觸發(fā)工作方式（即對稱驅(qū)動方式），當(dāng)水表葉輪轉(zhuǎn)動一周，觸發(fā)磁場極性變化一周，韋根傳感器輸出一對正負(fù)雙向脈沖電信號。使得對閥門開/關(guān)只需瞬時供電，從而減少耗電量。此時，電阻R10上就存在一個高電平使NPN管Q1導(dǎo)通。當(dāng)有電壓（當(dāng)電壓達(dá)到臨界值以上）時，壓敏電阻即迅速變?yōu)榈妥杩梗憫?yīng)時間為毫微秒數(shù)量級），電流急劇上升，電阻急劇下降，過電壓以過電電流的形式被壓敏電阻吸收掉，相當(dāng)于過電壓部分被短路。比如，存儲用戶設(shè)定的水量系數(shù)N（轉(zhuǎn)/噸），累計(jì)用水總量和剩余水量等。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。AT24C0X系列IC卡的引出端符合ISO/IEC78162標(biāo)準(zhǔn)。、(SDA)和時鐘線(SCL)，用軟件模擬時序的方法來實(shí)現(xiàn)對IC卡的讀寫。圖314 報警電路 顯示電路的設(shè)計(jì)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。動態(tài)顯示電路采用2片74HC164，可以驅(qū)動1～8只共陰極數(shù)碼管，我們采用6位顯示，其中一片U3作為段碼驅(qū)動，另一片U1作為位碼驅(qū)動，2片74HC164采用級聯(lián)方式連接，只占用單片機(jī)AT89C2051的2個I/O端口。在AT89C2051TXD端口的時鐘作用下，AT89C2051RXD端口送出這個字符的位碼值到段碼驅(qū)動U3。但是在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)判別電池的能量，由于不用象手機(jī)那樣隨時顯示電池的容量，根據(jù)水表的特殊性，只要檢測到一個固定值，給用戶一個報警提示就可以了，這個電量值的選擇需要滿足一個量，即讓用戶再有三天的余量，加上關(guān)閥電量就可以了。上門為用戶更換電池或水表，這對于水表生產(chǎn)廠家和自來水公司來說都是一件繁瑣的事情。 (3) 可以大電流充電，充放電時間短，對充電電路要求簡單，無記憶效應(yīng)。二級管D1防止反向電流。在本設(shè)計(jì)中，我們選用了深圳市索普康電子有限公司的超級電容，其型號為5R5H10它由主程序、外部中斷0子程序、外部中斷1子程序、IC卡與片外數(shù)據(jù)存儲器的讀寫軟件設(shè)計(jì)、顯示子程序等模塊組成。顯然，水表齒輪所轉(zhuǎn)的圈數(shù)與傳感器產(chǎn)生的脈沖信號是一一對應(yīng)的關(guān)系。圖41 外部中斷子程序 外部中斷1子程序以下四種情況均可以使產(chǎn)生中斷 (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。所以在AT24CXX系列IC卡的應(yīng)用中，與邏輯控制有關(guān)的引出端線只有2條：SCL和SDA。操作時所有的地址和數(shù)據(jù)均為8位碼串行輸入/輸出于卡片。當(dāng)IC卡讀/寫器中的單片機(jī)收到第1個數(shù)據(jù)字后，不發(fā)“停止”狀態(tài)，而是回答一個“確認(rèn)”信號。圖48 控制字節(jié)的配置 IC卡處理程序流程圖IC卡的處理程序由外部中斷觸發(fā)產(chǎn)生的（如圖42所示）。值得注意的是，IC卡和片外數(shù)據(jù)存儲器都是使用的美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行E2PROM，型號均為AT24C01，但是它們的使用目的和存儲內(nèi)容不同。在IC卡接口電路、片外數(shù)據(jù)存儲器接口電路、顯示電路上都采用了串行方式，從而減小了單片機(jī)口線的使用，也使使用口線小的單片機(jī)成為可能，節(jié)約了成本開支，并減小了PCB版的大??；電源電路采用3節(jié)干電池，外加超級電容作為備用電源，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠而且性能穩(wěn)定，使用年限長。隨著水資源的日益緊張，IC卡智能水表因其特有的優(yōu)點(diǎn)（如先“先收費(fèi)后供水”、解決人工抄表的麻煩等），必將成為水表中的主流，有著很大的市場前景。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，這些都將使我終生受益。Address, R1MOVI2CData, R4CALL；********************************************************************ALARM:SETB；，蜂鈴器產(chǎn)生報警SETBACALLDELAY_2S；延時2秒CLR；，關(guān)閉；閥門CLRF OPEN；閥門關(guān)標(biāo)志ACALLDELAY_10SCLR；關(guān)閉報警SETBACALLDELAY_2S ；延時2秒CLR；，打開；閥門SETBF OPEN；閥門開標(biāo)志RET；********************************************************************；函數(shù)名：延時子程序；功能：實(shí)現(xiàn)10MS、2S、10S的延時；********************************************************************DELAY_10MS:；延時間10MSMOVR3, 25TT1:MOVR4, 200TT2: DJNZR4, TT2DJNZR3, 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