【正文】 路和數(shù)字電路部分。（10）工作溫度范圍：20 +50。（8）106kbps 的快速數(shù)據(jù)傳輸速率。（6）數(shù)據(jù)可保存10年，可反復(fù)寫10萬次。（4）具有防沖突機制、支持多卡操作。（2）每個扇區(qū)有獨立的一組（2個）密碼及存取權(quán)限設(shè)置。Mifare 1射頻IC卡的主要性能指標(biāo)如下?？ㄆ旧聿粠щ姵毓╇姡ぷ鲿r將卡片放在讀寫器的有效工作區(qū)域，卡片讀寫器的天線發(fā)送無線電載波信號耦合到卡片上的天線提供電源能量，其電壓可達2V以上，足以滿足卡片上的IC電路供電需要。（5）按字節(jié)寫保護最低32個地址 （字節(jié)031）具有不可逆性。（3）芯片采用NMOS工藝技術(shù)，每字節(jié)的擦除/。該芯片特點：（1）用多存儲器結(jié)構(gòu)。本設(shè)計中選用的SLE4442卡是由SIMENSE公司設(shè)計生產(chǎn)的邏輯加密芯片，具有2K的存儲容量和完全獨立的可編程加密代碼存儲器（PSC），內(nèi)部電壓提升電路保證了芯片能夠以單+5V電壓供電，較大的存儲容量能夠滿足通常應(yīng)用領(lǐng)域的各種要求。而且IC卡不需長期插在水表中，有利于延長卡的使用壽命。為此，在 IC卡水表中增加了數(shù)據(jù)存儲器 EPROM，當(dāng)將 IC卡插入水表后，水表立即將卡上所存數(shù)量全部移到表內(nèi)的數(shù) 據(jù)存儲器中，并將卡內(nèi)的數(shù)據(jù)應(yīng)用區(qū)全部刷成 0。 (3)應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(計費區(qū))：若傳感器每產(chǎn)生三個脈沖，都將應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)值減少相應(yīng)的數(shù)量，當(dāng)應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)的余額不足時，微處理器能檢測到這一信號，關(guān)閉閥門。在IC卡水表中所涉及的區(qū)域及完成的功能有：(1)制造代號和發(fā)行商代號的識別：IC卡水表應(yīng)對該卡是否是本發(fā)行商所發(fā)行的卡進行識別，如不是，應(yīng)發(fā)出警告，并拒絕以后的操作。正常供水情況下，電磁閥自鎖于常開狀態(tài)，驅(qū)動機構(gòu)不消耗電能，只有當(dāng)購買的噸位數(shù)用完時，才由固態(tài)繼電器驅(qū)動電磁閥關(guān)閉開關(guān)，并自鎖于常閉狀態(tài)，重新購水插卡后，再次送電開啟。使得對閥門開/關(guān)只需瞬時供電，從而減少耗電量。(4)電磁閥：目前可控制的閥門主要是電磁閥，但常規(guī)的電磁閥是靠電的通/斷來控制閥門的開/關(guān)的，即要讓閥門一直關(guān)著，就必須一直通電，因此耗電較大，不符合本水表低功耗的要求。(2)先導(dǎo)閥：先導(dǎo)閥門是利用閥門進出口壓力差通過導(dǎo)閥放大來控制主閥開關(guān)動 作由主閥、導(dǎo)閥、電機、減速器、閥芯等組成，這種閥門的優(yōu)點是先導(dǎo)閥的閥門開啟和關(guān)閉的主要驅(qū)動力來源于管道內(nèi)介質(zhì)的壓力，因此閥門開、關(guān)所需起動力矩及工作力矩很小，類似晶體管放大原理或杠桿原理，它的閥瓣是橡膠的，屬軟密封，留有一定壓量，因此密封性好，先導(dǎo)閥安裝簡單，功耗低，但是壓力損失大，先導(dǎo)閥小孔 易被雜物堵塞造成閥門失效，而且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，同時成本稍高。智能化水表中的控制閥門有很多種，有電磁閥、普通球閥、先導(dǎo)閥、電動閥等。由于智能水表只能采用電池供電，而且要求長期穩(wěn)定工作。經(jīng)過分析和比較，本設(shè)計的記憶單元中采用I2C總線接口，存儲單元采用AT24C01以滿足本設(shè)計的要求。一般輸入+5V電壓。當(dāng)該引腳為高電平時禁止寫入，為低電平時可正常讀/寫數(shù)據(jù)。為器件地址輸入端。該引腳為開漏極驅(qū)動，可雙向傳送數(shù)據(jù)。在該引腳的上升沿時，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)輸入到每個EEPROM器件，在下降沿時輸出。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8字節(jié)的數(shù)據(jù)。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的操作。2. AT24C01簡介AT24C01是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它內(nèi)含2568位存儲空間，具有工作電壓寬（～）、擦寫次數(shù)多（大于10 000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點。I2C總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達100kb/s，在快速模式下可達400kb/s。SDA和SCL都是雙向線路，都通過一個電流源或上拉電阻連接到電源端。I2C總線的控制完全由掛在總線上的主器件送出地址和數(shù)據(jù)決定，在總線上，既沒有中心機也沒有優(yōu)先級。當(dāng)某個器件向總線上發(fā)送信息時，它就是發(fā)送器，而當(dāng)其從主線上接收信息時，又成為接收器。主、從器件對偶出現(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。被尋址的器件，稱為從器件。 I2C總線接口電路I2C總線的器件分為主器件和從器件。地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別及需要調(diào)整的量。在信息的傳輸過程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器）。一個典型的I2C總線標(biāo)準(zhǔn)的IC器件，其內(nèi)部不僅有I2C接口電路，還可將內(nèi)部各單元電路劃分成若干相對獨立的模塊，它只有二根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL?？偩€按照一定的通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換。協(xié)議允許總線接入多個器件，并支持多主工作。目前，Philips公司和其他集成電路制造商推出了很多基于I2C總線的外圍器件。1. I2C總線簡介I2C總線，是Inter Integrated Circuit Bus的縮寫，即“內(nèi)部集成電路總線”。具體使用方法為：在水表的計量齒輪上安裝小磁鋼，當(dāng)用戶用水，齒輪轉(zhuǎn)動，小磁鋼將會轉(zhuǎn)過Wiegand絲傳感器，這時傳感器產(chǎn)生一個高電平脈沖信號，經(jīng)過整形、放大處理后輸入至單片機進行計數(shù)計量。因此，選擇它作為本低功耗設(shè)計的傳感器。(5) 利用電話線、同軸線可實現(xiàn)電信號遠傳。(3) 輸出信號幅值與磁場的變化速度無關(guān)，可實現(xiàn)“零速”傳感。它具有以下特點：(1) 傳感器工作時無須使用外加電源，適用于微功耗儀表，如電子水表、電子氣表和其它智能型儀表。 對稱驅(qū)動方式4. WG系列韋根傳感器原理及其特點WG系列韋根傳感器是利用韋根效應(yīng)制成的一種新型磁敏傳感器。非對稱驅(qū)動方式開始把Wiegand組件置于一種稱為滲透磁場的強磁場中，此時Wiegand線的外殼和內(nèi)芯按同一方向極化，(a) 所示；再把組件置于一種稱為復(fù)位磁場的弱磁場中，此時內(nèi)芯的極性反向,而外殼的極性不變，(b) 所示；然后把組件置于滲透磁場中，(a)的情況，由于Wiegand線中磁場的變化，導(dǎo)致在檢測線圈中一個周期內(nèi)產(chǎn)生單一方向的電壓脈沖，(c)所示。通常Wiegand線與檢測線圈是裝配在一起構(gòu)成Wiegand組件。將Wiegand線放在與線芯極性相反的外部弱磁場附近，能使線芯的極性發(fā)生改變，線放在與線芯極性相反的外部弱磁場附近，能使線芯的極性發(fā)生改變，而外殼的極性不變。 Wiegand傳感器組成2. Wiegand傳感器工作原理Wiegand線是由一根鐵磁材料制成的永磁體，由外殼和內(nèi)芯組成。然而，由于在此結(jié)構(gòu)中必須用到發(fā)光二極管（對于不需要發(fā)光二極管的光電檢測傳感器，功耗得到了降低，但是，其容易收到環(huán)境光線變化的影響，可靠性和檢測精確度較低），因此，其功耗電也較高，不宜用在本低功耗設(shè)計中。當(dāng)光照射在半導(dǎo)體材料的PN結(jié)上時PN結(jié)的兩側(cè)將產(chǎn)生光生電動勢，如外部用導(dǎo)線連接，將有光電流流過，通常的光電檢測傳感器都是基于這一原理。集成式霍爾開關(guān)傳感器的主要優(yōu)點是：可靠性強、抗干擾性能好、溫度特性優(yōu)良、電源電壓范圍寬、輸出電流能力強、兼容性好、能與CMOS集成電路直接接口，動作響應(yīng)時間短以及體積小巧、壽命長和使用方便等。當(dāng)外加磁場的強度小于霍爾開關(guān)的磁場工作強度時，差分放大器的輸出電壓不足以開啟施密特觸發(fā)器，霍爾開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。集成式霍爾開關(guān)傳感器是基于霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾效應(yīng)片垂直于磁場時，對霍爾效應(yīng)片施加控制電流時，在垂直于電流和磁場方向上就產(chǎn)生電動勢，稱之為霍爾電動勢。轉(zhuǎn)化基于傳統(tǒng)水表流量檢測原理，在本設(shè)計中采用將傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)動計量方式轉(zhuǎn)化為電脈沖信號的方案。同時AT89C2051單片機和80C51單片機是完全兼容的，它與80C51的顯著區(qū)別在于它內(nèi)部有一個閃存。顯然AT89C2051單片滿足I/O端口數(shù)、所需要的容量等要求。 復(fù)位電路和時鐘電路結(jié)合上述選型依據(jù)，雖然其通用的80C51系列的單片機具有電源電壓適應(yīng)范圍寬、抗干擾能力和驅(qū)動能力強、價格便宜等特點。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。RESET引腳是復(fù)位信號的輸入端。在設(shè)計電路板時，晶振，電容等均應(yīng)盡可能靠近芯片，以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。一般采用石英晶振作定時控制元件；在不需要高精度參考時鐘時，也可以用電感代替晶振；有時也可以引入外部時脈信號?！?2MHz之間，當(dāng)然在一般情況下頻率越快越好。，有雙列直插封裝（DIP）方式和方行封裝方式。空閑方式停止CPU的工作，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。：AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩極中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，內(nèi)置一個精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。在閑置模式下，CPU停止工作。在芯片擦除操作中，代碼陳列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。當(dāng)CPU不對P3口進行SFR尋址訪問時，即用作第二功能輸出/輸入線時，由內(nèi)部硬件使鎖存器Q置1。P3口輸出緩沖器可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。當(dāng)P0口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器寫入全1，此時P0口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。（4）P0口（39～32腳）：P0口是一個漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。（2）XTAL2（18腳）：振蕩器反相放大器的輸出端。2. AT89C51單片機引腳及其功能。（9）具有節(jié)電工作方式，即休閑方式和掉電方式。（7）一個全雙工UART的串行I/O口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與PC機之間的串行通信。（5）兩個16位的定時器/計數(shù)器，每個定時器/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式。（3）片內(nèi)4KB程序存儲器Flash ROM，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。（1）AT89C51單片機簡介在一小塊芯片上，集成了一個微型計算機的各個組成部分，即89C51單片機芯片內(nèi)包括：（1）一個8位的微處理器（CPU）。(5) 單片機的極限性能是否能夠滿足要求。(3) 單片機是否含有系統(tǒng)所需的中斷源和定時器。(1) 單片機的CPU是否有合適的處理能力。下面給出了對它的選型與功能介紹。IC卡座通信插座去脈沖電磁閥來自水量傳感器CPU脈沖提取電路電磁閥控制電路安全保護電路IC卡讀寫電路IC卡讀寫電路顯示/報警電路通信接口電路記憶單元電路電源模塊 硬件結(jié)構(gòu)框圖微處理器是本設(shè)計中的核心器件。此外，在發(fā)生人為故意破壞時，閥門也會關(guān)閉。當(dāng)E2PROM中存儲的水量用完時，單片機自動關(guān)閉電磁閥。用戶在用水過程中，卡表內(nèi)剩余水量相應(yīng)減少。用戶將卡插入IC卡水表，卡表內(nèi)單片機識別IC卡密碼并確認無誤后，將卡中購買水量與表內(nèi)剩余水量相加后，寫入卡表內(nèi)存儲器，同時必須將IC卡內(nèi)購水值清零。并且，該芯片功耗低，特別適用于水表控制線路多、功能全、功耗低的要求。智能水表以AT89C2051為核心控制芯片，完成整個水表信號的讀、寫處理，監(jiān)控水表工作的功能。智能水表除了可對水量進行記錄和電子顯示外，還可以按照約定對用水量進行自動控制，并且自動完成階梯水價的水費計算，同時可以進行用水?dāng)?shù)據(jù)存儲的功能。綜合考慮以上三種方案，根據(jù)現(xiàn)在的各種實際情況、現(xiàn)有技術(shù)水平和設(shè)計要求，我們選擇了第三種方案基于89C2051單片機的IC卡智能水表系統(tǒng)來進行設(shè)計。從維護成本來看，方案二是由一個專用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組建而成，需要專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)維護人員，它的維護成本最高，方案一次之，方案三最低。 方案選擇從投入成本來看，方案二需要建立一整套的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所需設(shè)備多，前期所需經(jīng)濟投入最大，方案一次之，方案三最低。隨著微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，以上該方案的缺點我們通過可行的具體方案基本可以解決了。優(yōu)點：在用戶不繳費的情況下可自動斷水，有效控制收費單位的資金回籠，不需要人工上門抄表、收費，減少抄表員。設(shè)計過于復(fù)雜，太難，且不容易實現(xiàn)[4]。節(jié)點故障自動關(guān)閉，不影響網(wǎng)絡(luò)性能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且不關(guān)閉總線即可任意掛接或拆除節(jié)點，方便了系統(tǒng)的調(diào)試和維護。優(yōu)點：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。2. 方案二：基于CAN總線的智能水表自動抄收系統(tǒng)工作原理：自動抄收系統(tǒng)主要由小區(qū)管理中心計算機(主控機)、水表數(shù)據(jù)采集器、采集服務(wù)器、中繼站等幾個部分組成，是一種智能化多用戶能耗集中自動抄收系統(tǒng)。優(yōu)點：發(fā)訊式集抄系統(tǒng)目前在國內(nèi)已普遍采推廣應(yīng)用方便,價格較低，只要生產(chǎn)廠商、系統(tǒng)集商嚴格把好每一環(huán)節(jié)的質(zhì)量關(guān)，且發(fā)訊不隨時間產(chǎn)生疲勞損傷，此系統(tǒng)不失為一種可供選擇的、適于一定歷史時期的過渡產(chǎn)品。下面對它們的工作原理及其優(yōu)缺點進行了簡要地分析。即使被拆卸后，單片機立即關(guān)閉閥門，以防偷水。7. 欠電自動關(guān)閉系統(tǒng)的功能：當(dāng)電池電壓或電池容量掉到規(guī)定數(shù)值后，意味著電池可能已經(jīng)快沒有電了，此時，水表應(yīng)會自動將閥門關(guān)閉并使系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，并報警提示。6. 一戶一卡的功能：通過設(shè)立用戶信息和用戶校驗碼的方式實現(xiàn)一戶一卡。5. 掉電自動保護數(shù)據(jù)功能：掉電后，數(shù)據(jù)依然可以被保存。3. 顯示功能：采用6位LED顯示，可隨時查詢累計用水總量及可用剩余水量。自動相減，并且存入E2PROM以防丟失。智能水表區(qū)別于傳統(tǒng)的人工抄表就是應(yīng)該具有一定的智能控制功能。它能方便地讀取IC卡的數(shù)據(jù)，并控制電磁閥和液晶顯示器的工作，同時還可以將水表的數(shù)據(jù)存入E2PROM進行永久保存并可通過串口送至表外的數(shù)據(jù)終端，大大地提高了該水表的智能化的功能。第2章 智能水表的硬件設(shè)計本水表電路的硬件設(shè)計原則是在低功耗的前提下實現(xiàn)多功能。未來信息技術(shù)的發(fā)展必將朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，作為樓宇自動化發(fā)展的方向的一個重要方面|——智能化水表系統(tǒng)。它具有有限用水量、解決用水收費糾紛的功