【導(dǎo)讀】完成日期2021年5月。南陽(yáng)理工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）?；趩纹瑱C(jī)的IC卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。指導(dǎo)教師（職稱(chēng)）：牛軍（副教授）。電子信息工程專(zhuān)業(yè)常敬。功能是以AT89C51單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)IC卡的讀寫(xiě)，液晶顯示的控制，電磁閥的控制，脈沖的提取，同時(shí)具有安全保護(hù)電路、記憶單元電路、通信接口電路，完成整個(gè)水表信。號(hào)的讀、寫(xiě)處理，監(jiān)控水表工作的功能。模塊和H6152讀寫(xiě)電路模塊等工作原理及功能進(jìn)行了詳細(xì)了說(shuō)明。

　　

【正文】 2C 總線(xiàn)的器件分為主器件和從器件。主 器件的功能是啟動(dòng)在總線(xiàn)上傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，以允許與被尋址的器件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。被尋址的器件，稱(chēng)為從器件。一般來(lái)講，任何器件均可以稱(chēng)為從器件，只有單片機(jī)才能稱(chēng)為主器件。主、從 器件對(duì)偶出現(xiàn)，工作在接收還是發(fā)送數(shù)據(jù)方式，由器件的功能和數(shù)據(jù)傳送方向所決定。 傳統(tǒng)的單片機(jī)串行接口的發(fā)送和接收一般都分別各用一條線(xiàn)，而 I2C 總線(xiàn)則根據(jù)器件的功能通過(guò)軟件程序使其工作于發(fā)送或接收方式。當(dāng)某個(gè)器件向總線(xiàn)上發(fā)送信息時(shí)，它就是發(fā)送器，而當(dāng)其從主線(xiàn)上接收信息時(shí)，又成為接收器。主器件用于啟動(dòng)總線(xiàn)上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時(shí)鐘以開(kāi)放傳送的器 件，此時(shí)任何被 尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。 I2C總線(xiàn) 的控制完全由掛在總線(xiàn)上的主器件送出地址和數(shù)據(jù)決定，在總線(xiàn)上，既沒(méi)有中心機(jī)也沒(méi)有優(yōu)先級(jí)。 總線(xiàn)上主和從（即發(fā)送和接收）的關(guān)系取決于此時(shí)數(shù)據(jù)傳送的方向。 SDA 和 SCL 都是雙向線(xiàn)路，都通過(guò)一個(gè)電流源或上拉電阻連接到電源端。連接總線(xiàn)器件的輸出級(jí)必須是集電極或漏極開(kāi)路，以具有線(xiàn)“與”功能，當(dāng)總線(xiàn)空閑時(shí)，兩根線(xiàn)都是高電平。 I2C總線(xiàn)上數(shù)據(jù)的傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá) 100kb/s，在快速模式下可達(dá) 400kb/s，在高速模式下可達(dá) 。連接到總線(xiàn)的接口數(shù)量只由總 線(xiàn)電容是 400pF 的限制決定。 AT24C01 簡(jiǎn)介 AT24C01是美國(guó) ATMEL公司的低功耗 CMOS串行 EEPROM， 它內(nèi)含 256 8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬（ ～ ）、擦寫(xiě)次數(shù)多（大于 10 000 次）、寫(xiě)入速度快（小于 10ms）基于單片機(jī)的 IC卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 等特點(diǎn)。 AT24C01 中帶有片內(nèi)尋址寄存器。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)單元的操作。所有字節(jié)都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 字節(jié)的數(shù)據(jù)。圖 11 為 AT24C01 的 引腳 圖。各引腳功能如下： 圖 11 AT24C01的 引腳 圖 SCL:串行時(shí)鐘。在該引腳的上升沿時(shí)，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)輸入到每個(gè) EEPROM 器件，在下降沿時(shí)輸出。 SDA：串行數(shù)據(jù)。該引腳為開(kāi) 漏極驅(qū)動(dòng)，可雙向傳送數(shù)據(jù)。 A0～ A2:器件 /頁(yè)面尋址。為器件地址輸入端。 Wp：硬件寫(xiě)保護(hù)。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)禁止寫(xiě)入，為低電平時(shí)可正常讀 /寫(xiě)數(shù)據(jù)。 Vcc：電源。一般輸入 +5V電壓。 Vss：接地。 硬件原理圖 記憶單元硬件 原理 圖如圖 12 所示。利用單片機(jī) AT89C51 與 24C01 進(jìn)行 I2C 通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)某一地址內(nèi)數(shù)據(jù)的讀 /寫(xiě)校驗(yàn)操作 。 基于單片機(jī)的 IC卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 18 圖 12 記憶單元硬件原理圖 電磁閥控制電路 電磁閥選用脈沖式電磁閥， 為以色列 BERMAD公司出品， 其控制電路原理如圖 13所示。這種電磁閥在開(kāi)啟時(shí)只需在其控制線(xiàn) AB兩端加一正向脈沖（幅度 DC12V寬度大于 20 ms），水閥一 旦 開(kāi)啟則會(huì)自動(dòng)保持。當(dāng)關(guān)斷時(shí)則在 AB兩端加一反向脈沖，水閥就會(huì)關(guān)閉。因?yàn)檫@種電磁閥開(kāi)啟后不需給電磁閥持續(xù)供電，所以它的功耗非常低，因而特別適合用在 IC卡水表中作為水表開(kāi)啟送水或欠費(fèi)停水的執(zhí)行單元。電路設(shè)計(jì)上采用多路模擬開(kāi)關(guān)組合成一組雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，在 AT89C51的控制下，將 正脈沖或負(fù)脈沖加到電磁閥的控制線(xiàn) AB兩端。 圖 13 電磁閥控制電路圖 脈 沖 電 磁 閥 Vcc+ Vcc A+ B 控制信號(hào)（來(lái)自 CPU） 基于單片機(jī)的 IC卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 其 它 模塊 電路 (1) 脈沖提取電路 脈沖提取電路，用于提取 IC卡水表的計(jì)量脈沖?？稍谠?的老式濕式水表加 入 磁針和干 簧 管，磁針隨著用水的流動(dòng)而旋轉(zhuǎn)使得干 簧 管動(dòng)作發(fā)出開(kāi)關(guān)信號(hào)，作為計(jì)量信號(hào)。也可以利用干式磁傳水表已有的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出，作為計(jì)量信號(hào)。 (2) 安全保護(hù)電路 安全保護(hù)電路，利用 AT89C51可編程的 1/O中斷口接到水表的外封裝上實(shí)現(xiàn)保護(hù)。使封裝完好時(shí) I/O線(xiàn)相當(dāng)于接地 ，為低電平，一旦封裝被非法打開(kāi)， I/O線(xiàn)就不與地連接，其電平變?yōu)楦唠娖?，此時(shí) CPU將發(fā)生安全保護(hù)中斷，立即關(guān)斷電磁閥中斷供水。這樣就能有效地防止私拆或惡意破壞水表的事件發(fā)生。 (3) 通信接口電路 通信接口電路，利用 AT89C51的串行通信口，選用 MAX2338芯片形成 485接口電路。外部數(shù)據(jù)讀取設(shè)備可通過(guò)水表的 485接口，將水表的數(shù)據(jù)讀出，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表功能。 結(jié)束語(yǔ) 本課題是《基于單片機(jī)的 IC 卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)》是單片機(jī)應(yīng)用的一個(gè)部分，由二個(gè)同學(xué)一起完成，在我們的共同努力下，共同完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)課題 。 本人設(shè)計(jì)是以配合軟件設(shè)計(jì)，完成的功能是通過(guò) 51 單片機(jī)控制德國(guó) ACG 公司的H6152 系列讀寫(xiě)模塊對(duì) MIFARE1 系列頻卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作。硬件電路由 IC卡讀寫(xiě)電路、液晶顯示電路、通信接口電路、記憶單元電路、脈沖提取電路、電磁閥控制電路和安全保護(hù)電路 7部分電路組成。整個(gè)過(guò)程中， 從開(kāi)始接 到 論文題目 到 系統(tǒng)電路的實(shí)現(xiàn)，再 到 論文文章的完成，每走一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。我的課題是關(guān)于 IC 卡的，現(xiàn)在 IC 卡的應(yīng)用很普遍。它 具有防磁、防靜電、抗破壞性和耐用性強(qiáng)、防偽性好、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)安全性高（可加密）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大、 應(yīng)用 設(shè)備及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境成本低、品種型號(hào)齊全、技術(shù)規(guī)范成熟等特點(diǎn)， 使得它在生活中可以說(shuō)無(wú)處不在。 2021 年，我國(guó)啟動(dòng)了第二長(zhǎng)身份證換發(fā)工作，又為 IC 卡產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的機(jī)遇，同時(shí)促進(jìn)了 IC 卡在更廣的社會(huì)生活領(lǐng)域內(nèi)普及。然而，市場(chǎng)的發(fā)展也給不法分子留下可乘之機(jī)，制假行為隨之產(chǎn)生，嚴(yán)重影響到社會(huì)正常經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的開(kāi)展，因此望長(zhǎng)江后浪推前浪， 未來(lái)的學(xué)者、研究人員能在其行業(yè)上 再接再厲 ，必須提高 IC 卡制作水平和防偽技術(shù)含量，向制假行為發(fā)起反擊 ， 研究發(fā)明更多更優(yōu)秀的 IC 卡，以給人們帶更大的方便。 在設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中讓我學(xué)到了 很多的知識(shí)，使我受益匪淺。 但由于能力和時(shí)間的關(guān)系，總是覺(jué)得有很多不盡人意的地方，譬如有的模塊沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果等，然而就是這些缺點(diǎn)讓我知道了我的弱處，我應(yīng)該努力的方向。 基于單片機(jī)的 IC卡預(yù)收費(fèi)水表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20 參考文獻(xiàn) [1] 戴佳 ，戴衛(wèi)恒 .51單片機(jī) C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講 .電子工業(yè)出版社 .2021 [2] 王卓人 ，鄧晉鈞 .IC卡的技術(shù)與應(yīng)用 .電子工業(yè)出版社 .1999 [3] 周航慈 .單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù) .北京航大出版社 .2021 [4] 楊振野 .IC卡技術(shù)及其應(yīng)用 .科學(xué)出版社 .2021 [5] 趙文博 .單片機(jī)語(yǔ)言 C51程序設(shè)計(jì) .電子工來(lái) 出版社 .2021 [6] :ACTIVE 3V to Multichannel RS232 Line Drivr/Receiver [7] AT89C51 control H6152 card reader to write Mifare radio frequency nip and connect the systematic host puter through CAN bus to read， 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