【正文】 傳感器是利用韋根效應(yīng)制成的一種新型磁敏傳感器。當(dāng)計(jì)滿N（N表示為設(shè)定的轉(zhuǎn)數(shù)值），用水總量加1，剩余水量減1（“1”）。因此，在系統(tǒng)中必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的抗干擾電路來(lái)消除此電磁干擾，本系統(tǒng)所采用的抗干擾措施主要有以下兩點(diǎn)：1. 采用光電耦合器進(jìn)行隔離()，在光電耦合器SWGD（型號(hào)為4N25）中的發(fā)光二級(jí)管發(fā)光，三級(jí)管導(dǎo)通。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該保存失電前的一些數(shù)據(jù)。產(chǎn)品型號(hào)有AT24C01/02/04/08/16/32/64，存儲(chǔ)容量分別為1kbits/2 kbits /4 kbits /8 kbits /16 kbits /32 kbits /64 kbits；～5V低電壓供電；雙線串行接口；雙向數(shù)據(jù)傳送；支持ISO/IEC78163同步協(xié)議；寫(xiě)/擦除次數(shù)＞1 000 000次；數(shù)據(jù)保存期＞100年。當(dāng)剩余水量不足、電池欠壓等情況下，都需要報(bào)警。對(duì)于小型LED數(shù)碼管，還要串聯(lián)200～360Ω的限流電阻。以上過(guò)程循環(huán)N次，即可完成1～6位字符的顯示工作。雖然如此，由于智能水表都沒(méi)有設(shè)計(jì)再充電電路，鋰電池使用到一定時(shí)間后，將無(wú)法為控制電路提供能量，不得不更換電池。電阻R14的作用是限制電流過(guò)大，因?yàn)槌?jí)電容內(nèi)阻很小，充電時(shí)電流較大可能造成電池?fù)p壞。 檢測(cè)模塊電路第4章 IC卡智能水表的軟件設(shè)計(jì)本軟件我們用MCS51匯編語(yǔ)言編制，采用了結(jié)構(gòu)化，模塊化的程序設(shè)計(jì)方法。我們采用了6位數(shù)據(jù)顯示，其中只含有一位小數(shù)。其中，啟動(dòng)與停止邏輯單元產(chǎn)生控制讀/寫(xiě)操作的“開(kāi)始”和“停止”標(biāo)志信號(hào)。一旦卡片收到單片機(jī)發(fā)出的“確認(rèn)”信號(hào)，則將卡片內(nèi)地址計(jì)數(shù)器的地址自動(dòng)加1，并將此地址單元中的數(shù)據(jù)從SDA線上串行輸出。IC卡是用戶與供水部門(mén)之間交易的媒介，它存儲(chǔ)的是用戶的基本信息、效驗(yàn)密碼還有用戶本次所購(gòu)水量等；而片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是用來(lái)實(shí)時(shí)地保存用戶的有用數(shù)據(jù)，防止系統(tǒng)在運(yùn)行中掉電丟失。第一大隱患是嚴(yán)重的，讓用戶自行更換電池，意味著控制器將有更多機(jī)會(huì)遭受劣質(zhì)電池的侵襲，造成元器件的損壞、控制器失效及大量的維修損失。設(shè)置相應(yīng)的控制按鈕，控制按鈕由防水蓋控制。設(shè)置的讀/寫(xiě)密碼保證1表只有一張用戶卡配對(duì)使用。因?yàn)橹挥杏脝纹瑱C(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)才能完成對(duì)用戶系統(tǒng)的調(diào)試。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、所用芯片少、控制精度高。4年漫漫求學(xué)路，有如白駒過(guò)隙，往事依然歷歷在目。無(wú)論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開(kāi)題、研究和撰寫(xiě)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無(wú)不得到曹老師的悉心指導(dǎo)和幫助，是曹老師在我知識(shí)匱乏的時(shí)候，耐心、細(xì)致的給予我?guī)椭?。在?shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)調(diào)試，改正后的電路效果很好，完全符合本設(shè)計(jì)要求。先用萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中有疑問(wèn)的連接點(diǎn)，再檢測(cè)各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 安全性問(wèn)題解決方案1. 售水用IC卡（用戶卡）的安全性由于本智能水表采用普通24C01系列IC卡，因此，對(duì)IC卡信息的加密與解密是決定IC卡安全性的關(guān)鍵。2. 選擇低功耗器件除選用低功耗的微處理器外，其他器件也必須為低功耗型，如CMOS器件，而且參數(shù)的選用也必須注意低功耗。 低功耗解決方案IC卡的能耗由3部分構(gòu)成：第一部分是控制器單片機(jī)（CPU）、LED顯示正常運(yùn)行時(shí)的持續(xù)性能耗是主要的功耗；第二部分是卡表招待機(jī)構(gòu)（電磁閥）動(dòng)作時(shí)的瞬時(shí)能耗；第三部分是IC卡表一些輔助功能如聲音報(bào)警等的能耗?！C卡處理程序流程圖 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)軟件設(shè)計(jì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器E2PROM讀寫(xiě)的目的主要是掉電中斷程序使CPU在檢測(cè)到電池失壓后，將RAM 區(qū)的所有數(shù)據(jù)寫(xiě)入E2PROM中，以保證下次上電時(shí)安全讀出。； 讀操作時(shí)序隨機(jī)地址讀：從選定的地址單元開(kāi)始讀。 數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)鐘時(shí)序圖IC卡的讀寫(xiě)其實(shí)也就是對(duì)IC卡片內(nèi)E2PROM進(jìn)行讀寫(xiě)。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(hào)是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)產(chǎn)生中斷后，(F_KEY)、(V_MONI)、(OPEN_D)、(SW_T)，以確認(rèn)是哪種情況產(chǎn)生的中斷后作出相應(yīng)處理。平時(shí)干電池提供水表電路所需能量和對(duì)超級(jí)電容的充電，在需要開(kāi)啟水閥時(shí)，由外接干電池提供能量將水閥開(kāi)啟；在需要關(guān)斷水閥時(shí)，如果外接電池不能提供能量將水閥關(guān)斷，那么超級(jí)電容將在此刻提供能量來(lái)關(guān)斷水閥。在這里我們選用芯片HT7039來(lái)監(jiān)視系統(tǒng)供電電平Vcc，它對(duì)電壓變化十分敏感，芯片輸出高電平，芯片輸出馬上變?yōu)榈碗娖?，從而可以迅速的判斷系統(tǒng)是否掉電。當(dāng)AT89C2051送完一個(gè)字節(jié)的位碼值后，發(fā)送中斷標(biāo)志位TI置位。 串口顯示電路圖。 IC卡接口電路 人機(jī)交互接口的設(shè)計(jì)人機(jī)互交接口包括了報(bào)警電路與顯示電路的設(shè)計(jì)。由于我們只用一片E2PROM，所以A2=A1=A0=0。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(duì)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(guò)電壓。當(dāng)水量為零時(shí)，控制閥自動(dòng)關(guān)閉，水路即被切斷，此時(shí)用戶須重新持卡購(gòu)水。 信號(hào)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(hào)一般為1V～2V之間。通常Wiegand線與檢測(cè)線圈是裝配在一起構(gòu)成Wiegand組件。　復(fù)位電路和時(shí)鐘電路 傳感器的選擇轉(zhuǎn)化基于傳統(tǒng)水表流量檢測(cè)原理，在本設(shè)計(jì)中采用將傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)量方式轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)的方案。功能特性概述：AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)蓸O中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)置一個(gè)精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。我們一般都選用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行控制。第3章 IC卡智能水表的硬件設(shè)計(jì)本章是本文的核心內(nèi)容，主要介紹的是系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)。其原理是將原能耗計(jì)量表的流量轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，經(jīng)信號(hào)傳輸線至系統(tǒng)總線，由接口電路通過(guò)有線傳輸或主機(jī)直接抄讀，最后經(jīng)微機(jī)管理，實(shí)現(xiàn)耗能數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理。3. 顯示功能：采用6位LED顯示，可隨時(shí)查詢累計(jì)用水總量及可用剩余水量。這些問(wèn)題集中起來(lái)主要是1. 價(jià)格太高；2. 質(zhì)量不可靠；3. 存在安全隱患。顯然，整個(gè)社會(huì)現(xiàn)在正在努力推進(jìn)著網(wǎng)絡(luò)化的工作，在可以預(yù)見(jiàn)的時(shí)間里，這種把千家萬(wàn)戶連接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就會(huì)逐步形成。由于其數(shù)據(jù)傳遞和交易結(jié)算通過(guò)IC卡進(jìn)行，因而可以實(shí)現(xiàn)由工作人員上門(mén)操表收費(fèi)到用戶自己去營(yíng)業(yè)所交費(fèi)的轉(zhuǎn)變。水資源是一切生命的源泉，是人類不可缺少的物質(zhì)條件，沒(méi)有水人類就不能生存，沒(méi)有水人類賴以自下而上的物質(zhì)生產(chǎn)就不能發(fā)展。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，搞好水資源的管理具有重大而深遠(yuǎn)的意義。因此，IC卡智能水表成為相關(guān)科研單位關(guān)注的重點(diǎn)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益[1] [2]。因?yàn)椴还苁裁淳W(wǎng)絡(luò)模式，最終必須要有智能終端與其進(jìn)行聯(lián)結(jié)。即一個(gè)水表只能使用一個(gè)用戶專用卡，插入其他卡片無(wú)效。設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜，太難，且不容易實(shí)現(xiàn)[4]。所有模塊的設(shè)計(jì)均考慮了低功耗的要求，本系統(tǒng)采用外接3節(jié)5號(hào)電池供電，內(nèi)部采用超級(jí)電容作為備用。(3) 單片機(jī)是否含有系統(tǒng)所需的中斷源和定時(shí)器。 AT89C2051的引腳圖 晶振與復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，只需要在片處通過(guò)XTALXTAL2引腳接入定時(shí)控制單元（晶體振蕩和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。當(dāng)外加磁場(chǎng)的強(qiáng)度大于霍爾開(kāi)關(guān)的磁場(chǎng)工作強(qiáng)度時(shí)，差分放大器的輸出電壓達(dá)到或大于施密特觸發(fā)器的開(kāi)啟電壓閾值，霍爾開(kāi)關(guān)處于開(kāi)啟狀態(tài)。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(chǎng)的激勵(lì)下，磁化方向瞬間發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而在檢測(cè)線圈中感生出電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。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(duì)稱驅(qū)動(dòng)方式），當(dāng)水表葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，觸發(fā)磁場(chǎng)極性變化一周，韋根傳感器輸出一對(duì)正負(fù)雙向脈沖電信號(hào)。此時(shí)，電阻R10上就存在一個(gè)高電平使NPN管Q1導(dǎo)通。比如，存儲(chǔ)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。它是目前國(guó)內(nèi)使用最多的IC卡之一。本報(bào)警電路很簡(jiǎn)單，我們采用1個(gè)NPN型三級(jí)管，1個(gè)蜂鳴器和1個(gè)電阻組成。本設(shè)計(jì)提出的動(dòng)態(tài)顯示電路采用2片74HC164，可以驅(qū)動(dòng)1～8只共陰極數(shù)碼管，這里我們采用6位顯示。在主程序中循環(huán)調(diào)用顯示程序，反復(fù)掃描LED數(shù)碼管，使之達(dá)到近似靜態(tài)的顯示效果[5][12][13]。上門(mén)為用戶更換電池或水表，這對(duì)于水表生產(chǎn)廠家和自來(lái)水公司來(lái)說(shuō)都是一件繁瑣的事情。二級(jí)管D1防止反向電流。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(chǔ)器的讀寫(xiě)軟件設(shè)計(jì)、顯示子程序等模塊組成。 m3時(shí)，由于K已知，N即可以求出。“開(kāi)始”狀態(tài)：當(dāng)SCL處于高電平時(shí)，SDA從高電平轉(zhuǎn)向低電平，即產(chǎn)生“開(kāi)始”標(biāo)志信號(hào)；“停止”狀態(tài)：當(dāng)SCL處于高電平時(shí)，SDA從低電平轉(zhuǎn)向高電平，即產(chǎn)生“停止”標(biāo)志信號(hào)。只要單片機(jī)收到數(shù)據(jù)字后回答“確認(rèn)”信號(hào)，順序讀操作就繼續(xù)進(jìn)行，直到單片機(jī)送出“停止”信號(hào)為止。 顯示子程序要顯示的數(shù)據(jù)有剩余水量、用水總量，分別存儲(chǔ)于連續(xù)的幾個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之中。第二大隱患是致命的更換電池為技術(shù)性竊水提供了可能。用記需要查詢時(shí)，打開(kāi)防水蓋，按鈕閉合，才顯示剩余水量等信息。(2) 防拆卸功能若用戶私自拆卸水表，S1閉合，狀態(tài)由高到低觸發(fā)中斷，中斷服務(wù)程序?qū)㈤_(kāi)蓋行為記錄到表內(nèi)的E2PROM中，并立即關(guān)斷進(jìn)水開(kāi)關(guān)。 2. 動(dòng)態(tài)調(diào)試 動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。在IC卡接口電路、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(kāi)支，并減小了PCB版的大?。浑娫措娐凡捎?節(jié)干電池，外加超級(jí)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(zhǎng)。我還要向這四年來(lái)幫助我、教育我、鼓勵(lì)我的所有系部老師表示最真誠(chéng)的謝意。在此我衷心地感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師曹玲玲老師。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后。 第二步：用萬(wàn)用表測(cè)試。由于水表的安全性可關(guān)自來(lái)水公司的直接利益，進(jìn)而關(guān)系到IC卡水表的推廣應(yīng)用，因此，IC卡水表的安全性問(wèn)題是必須認(rèn)真考慮的一個(gè)問(wèn)題。它具有啟動(dòng)水壓低、防堵性能好及關(guān)閉可靠等特點(diǎn)。因此水表的功耗問(wèn)題成為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。，具體程序見(jiàn)附錄B。 寫(xiě)操作時(shí)序 IC卡的讀操作 讀操作有3種：立即地址讀、隨機(jī)地址讀及順序地址讀；立即地址讀：如果最后1次操作的地址在n，則現(xiàn)行地址為n+1。 SDA和SCL信號(hào)SDA和SCL雙向總線采用I2Cbus(interintergrad circuit bus)匯流總線技術(shù)，所有的控制命令和數(shù)據(jù)傳輸均由這兩條雙向總線執(zhí)行，采用SDA和SCL，兩條總線就可實(shí)現(xiàn)對(duì)E2PROM進(jìn)行讀寫(xiě)，并且在讀寫(xiě)過(guò)程中其信息傳遞的波特率可以從0到100kbps。根據(jù)機(jī)械水表的測(cè)量原理，水的流量與水表齒輪的轉(zhuǎn)速可以近似成一定的線性關(guān)系。當(dāng)有以上四種情況之一時(shí)，外部中斷（）產(chǎn)生中斷。 　　與內(nèi)裝鋰電池的智能水表相比，這種方案是用超級(jí)電容替換鋰電池封裝在水表中，同時(shí)外接干電池供電。電壓檢測(cè)器可以選用合泰公司的HT70XX系列產(chǎn)品，此產(chǎn)品價(jià)位較低，而且規(guī)格十分齊全。在AT89C2051TXD端口的時(shí)鐘作用下，AT89C2051RXD端口送出這個(gè)字符的位碼值到段碼驅(qū)動(dòng)U3。為了在人機(jī)對(duì)話設(shè)計(jì)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(guò)串行動(dòng)態(tài)掃描，即位碼和段碼交替發(fā)送的方式設(shè)計(jì)了一種新穎的顯示模塊，經(jīng)調(diào)試，效果良好。R1RR21為限流電阻[2] [10]。：電阻R2R25為上拉電阻?？梢岳脡好綦娮璧纳鲜鎏匦詠?lái)吸收各種干擾過(guò)電壓。正常供水情況下，電磁閥自鎖于常開(kāi)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不消耗電能，只有當(dāng)購(gòu)買的噸位數(shù)用完時(shí)，才由固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥關(guān)閉開(kāi)關(guān)，并自鎖于常閉狀態(tài)，重新購(gòu)水插卡后，再次送電開(kāi)啟。選擇此傳感器作輸入信號(hào)測(cè)量的傳感器，既滿足了準(zhǔn)確計(jì)量的基本要求，又滿足了低功耗設(shè)計(jì)的需要，是本低功耗設(shè)計(jì)的重要組成部分。隨著外磁場(chǎng)強(qiáng)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(cè)出極性的轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生電壓脈沖輸出。產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路圖如下所示[5]。 單片機(jī)AT89C2051簡(jiǎn)介A