【正文】 失。 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。在本設(shè)計(jì)具體編程時(shí)，剩余水量存儲(chǔ)于3D3EH中；用水總量存儲(chǔ)于393BH中。由總電路圖（附圖1）可知其采用了串行口方式0，所以要用時(shí)只要將串行口設(shè)置為方式0，然后在脈沖的配合下從高位到低位一個(gè)個(gè)的移入SUBF寄存器中即可[12]。其具體程序見附錄B。第5章 關(guān)于IC卡智能水表的關(guān)鍵問題及解決辦法本章提出了IC卡智能水表兩個(gè)關(guān)鍵的問題即低功耗問題與安全性問題。這兩大問題是保證系統(tǒng)能長久地可靠運(yùn)行并進(jìn)行全面推廣的關(guān)鍵所在，關(guān)系到供水部門和使用者的切身利益。下面給出了可行的解決辦法。 IC卡智能水表的低功耗問題 本設(shè)計(jì)的IC卡智能水表電源部分采用3節(jié)干電池供電。而電池的容量也非常有限，如果需要經(jīng)常更換電池，肯定會(huì)給用戶帶來很多的不便，勢(shì)必對(duì)該水表的推廣帶來了很大的麻煩。經(jīng)常更換電池還為竊水提供了可能。因此水表的功耗問題成為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 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。上述IC卡表能耗的第一、二部分占了總能耗的95%以上。由于這兩部分能耗從特征上來說是完全不同的類型，給選擇合適的電源增加了難度。用戶可以通過定期更換電池，維持IC卡水表正常運(yùn)行，但同時(shí)也給IC卡留下了技術(shù)安全的兩大隱患。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。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。我們知道，電控閥依靠電池執(zhí)行開/關(guān)閥動(dòng)作。通常設(shè)計(jì)者在電路中都采取了斷電自動(dòng)關(guān)閥的技術(shù)保護(hù)措施。其基本原理就是通過大容量電容、限流電阻及三極管開關(guān)組成一個(gè)儲(chǔ)能電路，電壓正常時(shí)，電池向儲(chǔ)能電容充電，一經(jīng)檢測(cè)到電壓不正常，電容放電使閥門關(guān)閉。而更換電池時(shí)，控制電路雖發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，但儲(chǔ)能電容已無法提供關(guān)閉閥所需的能量，閥門就此處于永久開啟的狀態(tài)。不少使用干電池的IC卡，安上述方法試驗(yàn)三四次后，均能將閥門打開。解決此問題的辦法是前面提到的采用超級(jí)電容方案。為了盡可能降低IC卡水表運(yùn)行時(shí)的功耗，延長干電池的使用時(shí)間，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)考慮從以下幾個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)。1. 選擇低功耗電磁閥電磁閥是IC卡智能水表的重要部件，我采用了新型雙穩(wěn)態(tài)脈沖式電磁閥，電源電壓低。正常供水情況下，電磁閥處于常開狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不消耗電能；只有當(dāng)購買的噸位數(shù)用完時(shí)，電磁閥關(guān)閉并自鎖于常閉狀態(tài)。它具有啟動(dòng)水壓低、防堵性能好及關(guān)閉可靠等特點(diǎn)。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。其重點(diǎn)是：(1) 采用低功耗器件。(2) 采用LED顯示作為顯示接口。采用LED顯示相關(guān)信息，并且平常處于關(guān)閉狀態(tài)。設(shè)置相應(yīng)的控制按鈕，控制按鈕由防水蓋控制。用記需要查詢時(shí)，打開防水蓋，按鈕閉合，才顯示剩余水量等信息。(3) 一般情況下，讓芯片處于低功耗睡眠模式（SLEEP MODE）。3. 選擇低的工作電壓和低的工作頻率隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，集成電路的電源電壓呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)?，F(xiàn)在許多的CMOS電路都提供低電壓設(shè)計(jì)。常用5V的CMOS器件大多都提供3V的使用電壓。低電壓不僅便于使用電池，也可以降低電流消耗。在便攜式設(shè)備設(shè)計(jì)中，為降低功耗大量使用了各種低電壓器件。降低時(shí)鐘頻率，可節(jié)省能源，并使單片機(jī)執(zhí)行速度減慢。 IC卡智能水表的安全性問題IC卡智能水表的推廣應(yīng)用，取決于以下兩個(gè)主要因素：；。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。由于水表的安全性可關(guān)自來水公司的直接利益，進(jìn)而關(guān)系到IC卡水表的推廣應(yīng)用，因此，IC卡水表的安全性問題是必須認(rèn)真考慮的一個(gè)問題。 安全性問題解決方案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。具體辦法是：用戶卡在每次購水時(shí)，均由上位機(jī)根據(jù)剩余水量等信息隨機(jī)生成3B的密碼因子存入IC卡，以此對(duì)IC卡信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)加密；卡表內(nèi)的加密與解密程序讀取IC卡信息后，進(jìn)行逆向處理，達(dá)到解密目的，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。采用這種方法后，可有效防止IC卡的非法復(fù)制與數(shù)據(jù)非法修改，保證IC卡的安全性。2. 表內(nèi)信息的安全性表內(nèi)信息的安全性由以下2種措施來保證；(1) IC卡的有效認(rèn)證卡表自動(dòng)識(shí)別有效IC卡，按預(yù)定程序與IC卡進(jìn)行雙向傳輸，1次讀入全部信息，表內(nèi)內(nèi)存的信息1次寫入IC卡。設(shè)置的讀/寫密碼保證1表只有一張用戶卡配對(duì)使用。(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_蓋行為記錄到表內(nèi)的E2PROM中，并立即關(guān)斷進(jìn)水開關(guān)。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。第6章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試也是一個(gè)關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)，它是理論設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)過渡。本章簡要地闡述了系統(tǒng)硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，及其調(diào)試現(xiàn)象。 調(diào)試設(shè)備PC一臺(tái)，80C51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，萬用表，示波器，導(dǎo)線若干等 硬件調(diào)試硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測(cè)試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。由于實(shí)驗(yàn)室沒有AT89C2051，在這里我們用AT89C51代替。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。1. 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測(cè)。 本系統(tǒng)在靜態(tài)調(diào)試中的步驟如下： 第一步：目測(cè)。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。 第二步：用萬用表測(cè)試。先用萬用表復(fù)核目測(cè)中有疑問的連接點(diǎn)，再檢測(cè)各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測(cè)。給板加電，檢測(cè)所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值。 第四步：聯(lián)機(jī)檢查。因?yàn)橹挥杏脝纹瑱C(jī)開發(fā)系統(tǒng)才能完成對(duì)用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 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。在本設(shè)計(jì)中，由于該系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計(jì)，所以動(dòng)態(tài)調(diào)試采用了分模塊調(diào)試的辦法。調(diào)試過程中，分為信號(hào)處理模塊、顯示電路模塊、報(bào)警電路模塊、電源模塊模塊、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路模塊等進(jìn)行了分別調(diào)試。 軟件調(diào)試軟件調(diào)試是通過對(duì)用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過程。在本系統(tǒng)中，軟件的調(diào)試部分包括各類程序的調(diào)試，如主程序、外部中斷0子程序、外部中斷1子程序、顯示子程序等。 調(diào)試現(xiàn)象調(diào)試是一個(gè)很痛苦的過程，起初調(diào)試結(jié)果十分不理想。例如，硬件調(diào)試方面，在電磁閥驅(qū)動(dòng)電路模塊中，繼電器不動(dòng)作，開關(guān)K1不閉合。通過檢查程序、接線、各個(gè)元件等均正確無誤。但是經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，繼電器依然不動(dòng)作。后來，在曹老師的指導(dǎo)下。發(fā)現(xiàn)問題后。在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過調(diào)試，改正后的電路效果很好，完全符合本設(shè)計(jì)要求。 光電耦合器隔離電路經(jīng)常幾天的努力，在實(shí)驗(yàn)室老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，調(diào)試結(jié)果終于基本達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)的要求?？? 結(jié)基于單片機(jī)的IC卡智能水表控制系統(tǒng)，使用邏輯加密IC卡，實(shí)現(xiàn)了用水收費(fèi)的電子化。本設(shè)計(jì)采用89C2051單片機(jī)控制，全自動(dòng)運(yùn)行，成本較低，使用方便，運(yùn)行可靠，管理簡單，保護(hù)功能齊全。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、所用芯片少、控制精度高。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。本系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是采用了低功耗的設(shè)計(jì)和采取了很多有效措施來增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。在低功耗的設(shè)計(jì)方面，大部分芯片均采用了微功耗COMS芯片；采用低功耗電磁閥，而且閥門的開/關(guān)控制由單片機(jī)輸出電脈沖實(shí)現(xiàn)，只需瞬時(shí)供電，減少耗電量；選用了工作時(shí)無須使用外加電源WG系列韋根傳感器，大大降低了使用功耗，等等。在安全性的設(shè)計(jì)方面，使用了邏輯加密IC卡，必須核對(duì)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(huì)影響到單片機(jī)系統(tǒng)了；應(yīng)用超級(jí)電容作為備用電源，有效地防止系統(tǒng)掉電時(shí)用戶進(jìn)行偷盜水的操作，等等。當(dāng)然本系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)。例如，在顯示方面，沒有采用液晶顯示，所以該系統(tǒng)不能顯示閥門狀態(tài)、電池狀態(tài)等圖形文字信息，不過采用LED顯示成本較低，適合大眾要求；在控制方面，沒有實(shí)現(xiàn)階梯水價(jià)功能，對(duì)用戶的用水收費(fèi)只能按照一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)收?。辉诎踩苑矫?，未能編制出對(duì)IC卡信息進(jìn)行加密與解密的應(yīng)用程序?？偟膩碚f，上述設(shè)計(jì)能夠較好的完成設(shè)計(jì)任務(wù)，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。但是由于本人能力有限，設(shè)計(jì)中難免存在一定的缺陷，還請(qǐng)各位專家批評(píng)指正。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(chǎng)前景。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. 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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。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。無論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無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?。曹老師的高深的知識(shí)、高度的責(zé)任感、高尚的教師風(fēng)范，都給我很大的感悟與敬佩。還要感謝實(shí)驗(yàn)室的梅彬運(yùn)老師、梅英老師，兩位老師在實(shí)驗(yàn)上給予了極大的幫助。在這里我也向畢業(yè)答辯評(píng)審小組的各位專家、教授、老師們表示深深感謝。4年漫漫求學(xué)路，有如白駒過隙，往事依然歷歷在目。我還要向這四年來幫助我、教育我、鼓勵(lì)我的所有系部老師表示最真誠的謝意。在大學(xué)這令人留戀的時(shí)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。我也要衷心感謝幫助過我的室友、同學(xué)和朋友，是你們的鼓勵(lì)、幫助使得我在大學(xué)四年內(nèi)順利度過各種困難。我更要感謝我的父母和家人，是您們的養(yǎng)育和支持使得我能順利完成學(xué)業(yè)，我會(huì)用一生的時(shí)間來報(bào)答你們的養(yǎng)育之恩，不辜負(fù)您們的厚望。最后, 祝所有的老師、同學(xué)身體健康，事業(yè)有成！45