【導(dǎo)讀】撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文。中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。光電傳感器在閥門(mén)檢測(cè)上的應(yīng)用...

　　

【正文】 長(zhǎng)壽命。 ● IC 卡技術(shù)結(jié)構(gòu) 1995 年制定了 IC 卡制定了通用標(biāo)準(zhǔn)： IC 卡電路大小必須為 5mm 5mm 或小于。這種電路里包含一個(gè) CPU作為它的主控單元， ROM用來(lái)存儲(chǔ)卡的操作系統(tǒng)，EEPROM作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。最新的 IC 卡芯片還包含一個(gè)加密的輔助電路。 IC 卡接口原理 IC 卡采用的是德國(guó)西門(mén)子公司的 SLE4442 邏輯加密卡。它 符合 ISO7816 標(biāo)準(zhǔn) ， 具有 1 024個(gè)字節(jié)尋址 EPROM，每個(gè)字節(jié)具有不可恢復(fù)的寫(xiě)保護(hù)功能 。 片內(nèi)具有 2個(gè)字節(jié)的可編程密碼保護(hù)功能，只有在正確校驗(yàn) PSC 后數(shù)據(jù)才能被改寫(xiě) 。 SLE4428 卡有 8個(gè)管腳 ， 與操作命令有關(guān)的是 RST復(fù)位引腳 、 CLK時(shí)鐘輸入端 、 SDA雙向數(shù)據(jù)端。所有的地址 、 數(shù)據(jù)和命令都通過(guò) SDA 端輸入輸出。為了能夠識(shí)別是否有卡插入，在單片機(jī)上設(shè)置了 1個(gè) I/O口 ()連到讀卡 器的卡簧，當(dāng) 讀卡器 有卡插入時(shí) ， ，從 口檢測(cè)到低電平，從而可以判斷卡簧是閉合還是分離，以此來(lái)通知單片機(jī)是否需要進(jìn)行讀寫(xiě)卡操作。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 本次采用的是八個(gè)引腳的 IC 卡接口槽， MSP430F413芯片的 、 、 著 IC 卡的寫(xiě)入情況，根據(jù) SAA1042內(nèi)部主要有： 3個(gè)輸入端， 1個(gè)邏輯電路， 2個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)。 3 個(gè)輸入端分別為時(shí)鐘脈沖輸入端、正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)控制輸入端、全步 /半步控制輸入端。 其引腳功能見(jiàn)表 ： 表 SAA1042引腳功能 引腳 管腳名稱(chēng) 功能 引腳 2 VD 保護(hù) 引腳（ 1， 3， 14， 16） 引腳 7 Clock 輸入時(shí)鐘脈沖為上升沿有效 引腳 8 Full/Half Step 電機(jī)全 /半步控制 引腳 10 CW/CCW 電機(jī)正 /反轉(zhuǎn)的控制 引腳 1 14 L L L L4 驅(qū)動(dòng)輸出端 ， 電機(jī)繞組 采用單片機(jī) MSP430控制 SAA1042，所以步進(jìn)電機(jī)的整步 /半步、正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)的切換都可由單片機(jī)的程序決定。 ～ “ 1” 或 “ 0” 共 8種組合，每一種組合表示一種轉(zhuǎn)速。程序中通過(guò) TCKL 引腳輸出相應(yīng)頻率的方波給 SAA1042 的 7 引腳 (時(shí)鐘 )控 制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。引腳 8(整步 /半步設(shè)置 )為低電平時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作于整步運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)引腳 8 為高電平時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作于半步運(yùn)行狀態(tài)。引腳 10(正 /反轉(zhuǎn)設(shè)置 )的輸入電平以及電機(jī)接繞組與輸出端子的接法決定了電機(jī)轉(zhuǎn)向。引腳 7 與引腳 10應(yīng)接成 “ 1” 或 “ 0” 不允許浮動(dòng)。 其原理圖如圖 37所示： 圖 3 7 水 流 傳 感 器 和 I C 卡 讀 寫(xiě) 器 的 電 路 連 接 圖 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 LCD 顯示模塊 液晶顯示器作為水表的輸出接口，顯示剩余水量、電池狀態(tài)及電磁閥的開(kāi) /關(guān)狀態(tài)等信息。它們的有效工作時(shí)間都比較短。 液晶的驅(qū)動(dòng)方式有以下四種： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式； 2 MUX或 1/2占空比、 1/2偏壓； 3 MUX或 1/3占空比、 1/3偏壓； 4 MUX或 1/4占空比、 1/4偏壓； MSP430F413 單片機(jī)的液晶驅(qū) 動(dòng)模塊 總共 有 24 個(gè)段極 (S0~S23)。 其中有 4 個(gè)公共極(COM0~COM3)輸出，在 4路復(fù)用（ MUX）的情況下夠驅(qū)動(dòng) 96個(gè) LCD顯示段。作為外圍模塊， LCD驅(qū)動(dòng)器占有 16個(gè) 8位寄存器，其中 1個(gè)（ 30H）用作 LCD控制與方式寄存器，另外 15個(gè)用作顯示存儲(chǔ)器。 本液晶采用的是 LCD5711，低功耗段式液晶屏，該顯示器具有漢字顯示和 8位數(shù) 字顯示，具有 20個(gè)段位引腳和 4個(gè) COM引腳，滿(mǎn)足配合單片機(jī)的液晶驅(qū)動(dòng)模塊顯示數(shù)據(jù)的需求。 LCD5711的引腳與段位的關(guān)系如圖 38所示： 圖 3 8 L C D 液 晶 顯 示 電 路 圖 S0— S1 COM0— COM3分別與 MSP430F413的 S0— S1 COM0— COM3相連。顯然這種顯示器必須采用 4路復(fù)用的控制方式才能顯示完整的數(shù)據(jù)，并且這種方式也是最簡(jiǎn)單、方便的顯示方式。液晶顯示模塊主要由顯示緩存和 LCD控制器 /驅(qū)動(dòng)器組成。湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 顯示緩存的各位與 LCD 段對(duì)應(yīng)。 LCD 顯示由軟件解碼，將 BCD 碼 或二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成各組 COM/SEG的顯示信息。顯示的位信息與一條 COM線和一條 SEG線對(duì)應(yīng)。如果置位相當(dāng)于對(duì)應(yīng)的段 則 顯示，反之 則 不顯示。控制器 /驅(qū)動(dòng)器由基本定時(shí)器 BT控制其掃描頻率，含有驅(qū)動(dòng)外部直接連接的 LCD 的全部功能模塊，其功能為自動(dòng)從顯示緩存中讀取數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生公共端信號(hào) COM和段信號(hào) SEG。為了降低系統(tǒng)功耗，延長(zhǎng)液晶顯示屏的使用壽命， LCD液晶平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)卡插入時(shí)，并確認(rèn)其有效時(shí)或其他設(shè)定的情況時(shí)， LCD才開(kāi)啟并顯示剩余水量、閥門(mén)狀態(tài)等信息。 EERPROM 模塊 MSP430F413內(nèi)部集成了 256個(gè)字節(jié)的 Flash存儲(chǔ)器，但由于 Flash只能擦按段寫(xiě)，同時(shí)為了保證水表的數(shù)據(jù)能夠在單片機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題后不會(huì)丟失，采用器內(nèi)均留有備份。為了極大可能的降低水表的功耗，對(duì)于外部的 EEPROM采用了 24C01作為外部存儲(chǔ)器以確保數(shù)據(jù)保存的可靠性。 本次設(shè)計(jì)采用的 AT24C01有 256 8位存儲(chǔ)空間，工作電壓 ~、擦寫(xiě)次數(shù)多、寫(xiě)入速度快等特點(diǎn)。 設(shè)計(jì)中 AT24C01 的 3 腳 的 三條地址線 接地 ，用于確定芯片的硬件地址 ； 第 8腳和第 4腳分別為正、負(fù)電源。第 5腳 SDA為串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出，數(shù)據(jù)通 過(guò)這條雙向 I2C總線串行傳送， 它 和 MSP430F413的 。第 6腳 SCL為串行時(shí)鐘輸入線， 與 。 SDA和 SCL都需要和正電源間各接一個(gè)電阻上拉。第7 腳需要接地 。 24C01 中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫(xiě)入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加 1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫(xiě)入時(shí)間，一次操作可寫(xiě)入多達(dá) 8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。 其引腳功能如表 ： 表 AT24C01引腳功能 管腳名稱(chēng) 功能 A0、 A A2 器件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SCL 串行時(shí)鐘 WP 寫(xiě)保護(hù) Vcc +~ Vss 地 24C01與 MSP430F413單片機(jī)的接口非常簡(jiǎn)單 ，其連接圖如圖 39所示： 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 3 9 2 4 C 0 1 的 電 路 圖 報(bào)警模塊 報(bào)警電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中都有用到，它出現(xiàn)在如下幾個(gè)情況中： 1) 插入非 SLE4442邏輯加密卡 。 2) IC 卡數(shù)據(jù)中的剩余水量值小于 2m。 3) IC 卡的剩余水量值為 0。 其電路如圖 310， 當(dāng)出現(xiàn)以上的三種情況時(shí)，拉高 ， Q6導(dǎo)通使 Bell 發(fā)聲。 JTAG 通信模塊 JTAG是 英文 “ Joint Test Action Group” 的詞頭字母的簡(jiǎn)寫(xiě) ，它利用串行移位輸入及輸出的方式對(duì)芯片的輸入端加載特定的代碼序列，并獲得輸入端給出的響應(yīng)序列。 JTAG 圖 3 10 報(bào)警電路圖湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 主要應(yīng)用于電路的邊界掃描測(cè)試和可編程芯片的在系統(tǒng)編程。 MSP430 系列的 FLASH型芯片在內(nèi)部都集成了 JTAG模塊，使得用戶(hù)可以經(jīng)過(guò) JTAG接口實(shí)現(xiàn) CPU仿真調(diào)試功能。 其 JTAG 接口只有很少的 7 根引腳 ， 整個(gè)調(diào)試過(guò)程，外部只需要一臺(tái)能實(shí)現(xiàn) JTAG接口控制功能的主機(jī)即可。 參照第二章查找 MSP430F413的引腳功能可知： 54引腳對(duì)應(yīng)于 TD0/TD1， 55引腳對(duì)應(yīng) TD/TCLK， 56引腳對(duì)應(yīng) TMS， 57引腳對(duì)應(yīng) TCK，其 JTAG連接圖如圖 ： 圖 3 1 1 J T A G 電 路 圖 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 第 4 章 IC卡水表的軟件設(shè)計(jì) 本次采用的 MSP430系列中的 Flash型（ MSP430F系列）單片機(jī)，其內(nèi)部集成有 Flash控制器，它既可用外部編程器進(jìn)行燒寫(xiě)，也可用自己的程序修改 Flash的內(nèi)容，且不用外加編程電壓，使程序的編寫(xiě)變得更加簡(jiǎn)單。參照第 3 章可知 IC 卡水表的軟件部 分主要是計(jì)數(shù)單元、讀寫(xiě)單元、閘門(mén)控制單元等幾個(gè)重要的單元組成。其 程序主要用于系統(tǒng)初始化，判斷是否符合用水條件。經(jīng)比較、判斷后，才執(zhí)行相應(yīng)的開(kāi)啟、關(guān)斷、顯示等功能。 IC 卡水表系統(tǒng)軟件總體方案設(shè)計(jì) 程序中對(duì)各個(gè)接口模塊均采用查詢(xún)而不是中斷的方式進(jìn)行操作。整個(gè)系統(tǒng)中處于等待模式時(shí)只有 1 個(gè)定時(shí)器中斷，定時(shí)器的中斷時(shí)間為 。這使得程序可以在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)跳轉(zhuǎn)，有效避免了中斷的嵌套以及可能引起的中斷沖突。同時(shí) 的中斷問(wèn)隔完全可以滿(mǎn)足計(jì)數(shù)要求，用戶(hù)插卡后最長(zhǎng)需要等待 單片機(jī)就可以轉(zhuǎn)入 讀寫(xiě)卡模塊處理 。其主要流程如圖 41所示： 圖 41 系統(tǒng)流程圖 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 計(jì)數(shù)處理單元 在 IC 卡信息輸入正確后，調(diào)用步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)盤(pán) 程序，開(kāi)閘放水。步進(jìn)電機(jī)子程序在輸入 IC 卡信息值后，載入電機(jī)的數(shù)據(jù)表開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，如果電機(jī)正轉(zhuǎn)，表示水表運(yùn)行正常，且每正轉(zhuǎn)一圈將 產(chǎn)生 1個(gè)計(jì)量脈沖 修改 IC 卡的信息，刷新 IC卡信息；如果電機(jī)反轉(zhuǎn)，則其速度越來(lái)越慢，并關(guān)閉閘門(mén)，水表停止運(yùn)行。其程序見(jiàn)附錄 1，單元流程圖如圖 42所示： 讀寫(xiě)卡單元 參照 小節(jié)可知：此次設(shè)計(jì)的水表成熟的利用 IC 卡技術(shù)，采用 SLE4442 邏輯加密卡，可有效的保護(hù) IC 卡信息。在發(fā)現(xiàn)有卡插入時(shí)，系統(tǒng)將主動(dòng)的核對(duì) SLE4442加密密碼，如果密碼正確，開(kāi)啟閘門(mén)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始放水，并將 IC 卡上的數(shù)據(jù)傳送到 EEPPROM上保存并利用液晶顯示器顯示出來(lái)，其流程圖如圖 43所示： 開(kāi)始載入數(shù)據(jù)表初始化正轉(zhuǎn) ？IC 卡信息 ？是否結(jié)束修改 IC 卡信息否是圖 42 計(jì)數(shù)單元的流程圖 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 液晶顯示單元 只有 IC卡插入讀寫(xiě)模塊后， LCD液晶顯示器才會(huì)打開(kāi)，其他的時(shí)候是關(guān)閉的，起到節(jié)約能量的功能。當(dāng) LCD打開(kāi)后，程序最先初始化 Lcd_InsWrite， 在判斷有數(shù)據(jù)輸入后，調(diào)用 顯示文字 程序和 寫(xiě)指令 顯示輸入數(shù)據(jù)值，如果輸入數(shù)據(jù)小于 2或等于 0，調(diào)用報(bào)警子程序，發(fā)出報(bào)警聲，其程序見(jiàn)附 錄 2， 其程序流程圖如圖 44所示： 開(kāi) 始報(bào) 警初 始 化有 數(shù) 據(jù) 輸 入 ？小 于 2 m l有否是顯 示 充 卡 信 息顯 示 剩 余 水 量等 于 0 ？結(jié) 束否否是圖 4 4 液 晶 顯 示 單 元 流 程 圖 開(kāi)始初始化核對(duì)密碼電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)啟閘門(mén)報(bào)警顯示數(shù)據(jù)是否等待圖 43 讀寫(xiě)卡單元流程圖 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 總 結(jié) 此次設(shè)計(jì)的是一款 低功耗 、多功能、能實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能的 IC 卡水表，它能實(shí)現(xiàn)如下功能： 1）讀取 IC 卡信息，并能及時(shí)顯示 IC 卡上的信息 。 2）能顯示累計(jì)用水量、本月用水量及可用水量。 3）在水量不足時(shí)，能及時(shí)發(fā)出報(bào)警，提醒用戶(hù)。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的了解，尤其是對(duì) C++編程、單片機(jī)基礎(chǔ)、 ProtelDXP、模擬電子技術(shù)等課程。讓我認(rèn)識(shí)了 MSP430F413 的強(qiáng)大的功能，知道了水表的一些 知識(shí)，并知道在日常生產(chǎn)、生活中水表的重要作用，知道水的珍貴。在老師的指導(dǎo)下，本人設(shè)計(jì)了一款功耗小、及時(shí)報(bào)警、 體積小 、壽命長(zhǎng)、及時(shí)顯示數(shù)據(jù)的 MSP430F413超低功能的 IC 卡水表 。 在設(shè)計(jì)中，學(xué)會(huì)了如何熟練地查找、篩選資料，如何很好地利用工具書(shū)。由于大多數(shù)資料都是英文的，在使用中無(wú)形的提高的我英語(yǔ)水平，為日后的學(xué)習(xí)和工作奠定了基礎(chǔ)。并且在此設(shè)計(jì)中還掌握了 Protel 電路圖的繪制，為以后從事此類(lèi)工作打下基礎(chǔ)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì) 讓我加深了對(duì)課本知識(shí)的理論基礎(chǔ)的理解，初步掌握了一些關(guān)于設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí) 和怎樣運(yùn)用我所學(xué)的理論 知識(shí)去解決一些實(shí)際問(wèn)題，也是考察我們的動(dòng)手能力， 做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。其次還培養(yǎng)了我獨(dú)立思維能力，開(kāi)拓了知識(shí)面，鍛煉了動(dòng)手操作與解決困難的能力。這次還讓我體會(huì)到扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度，加上熟練的操作動(dòng)手能力是設(shè)計(jì)好一個(gè)題目必不可少的條件。在以后的階段必須在此方面下一番苦功夫 ， 以及在學(xué)習(xí)生活中要樹(shù)立端正的學(xué)習(xí)態(tài)度，多多加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)不懂的問(wèn)題要向老師多多請(qǐng)教。 湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 參考文獻(xiàn) [1]吳志成，馬步青 .國(guó)內(nèi)智能化水表的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向 [J].中國(guó)給水 排水， 2020， :1921 [2]陳鵬 .新型水表的研究與發(fā)展 [J].中國(guó)儀器儀表， 1998(3):56 [3]王明龍 .電子抄表器的開(kāi)發(fā)與研制 [J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)， 1995(5):1617 [4]陸聰文 .自來(lái)水