【正文】 中的 U3為 H6152 的對(duì)外接口， 17 腳對(duì)應(yīng) H6152 板上的 J3 的 17 針， 811 腳對(duì)應(yīng) H6152 22 板上的 J4 的 14 針。本設(shè)計(jì)的外部時(shí)鐘電路是將 XTAL0(18 腳 )和XTAL1(19)腳分別對(duì)接外部晶體和微調(diào)電容的兩端所構(gòu)成。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，則 XTAL1 不接。 XTAL0 和 XTAL1 分別為反向放大器的輸入和輸出。 圖 硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖 硬件電路由單片機(jī)模塊、串口電平轉(zhuǎn)換模塊和 H6152 讀寫(xiě)模塊 3 部分電路組成，其工作原理分別如圖 、圖 、圖 所示。單片機(jī) AT89C51 是本設(shè)計(jì)的核心器件，它主要完成了對(duì)射頻卡（ MIFARE 1 卡）的讀寫(xiě)操作。 （ 8）工作溫度： 40～ +85℃ . （ 9）最大讀寫(xiě)距離： 50mm。 （ 6）電源電壓： +5V。 （ 4）天線輸出阻抗： 50K 歐姆。 （ 2）串行通信波特率： 9600bps、 19200bps、 38400bps 和 57600bps4 種可選。 H6152 需外界 +5V 電源供電。 H6152 讀寫(xiě)模塊操作簡(jiǎn)單方便，讀寫(xiě)過(guò)程穩(wěn)定有效。 （ 3）引腳 3：供電 LED 指示的正端。 J3 口共 有 7 針，包括 RS232/422 的接口引腳和讀寫(xiě)器模塊的電源端，接地端，具體的功能定義如下： （ 1）引腳 1：保留引腳 （ 2）引腳 2：＋ 5V 電源腳 （ 3）引腳 3：接地端 （ 4）引腳 4： A 路串行接收 RxD（ RS232/422） （ 5）引腳 5： A 路串行發(fā)送 TxD（ RS232/422） （ 6）引腳 6： B 路串行接收 RxD（ RS422） （ 7）引腳 7： B 路串行發(fā)送 TxD（ RS422） J4 口為 4 針接口，提供電源和操作狀態(tài)的 LED 燈指示信號(hào)，具體的定義如下： （ 1）引腳 1：讀過(guò)程 LED 指示的正端。 17 H6152 讀寫(xiě)模塊 圖 H6152基本結(jié)構(gòu)示意圖 H6152的基本結(jié)構(gòu)如圖 。 EEPROM中的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后（卡片離開(kāi)讀寫(xiě)器天線的有效工作范圍內(nèi)）仍將被保持，用戶所要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被存放在該單元中。 RAM中的數(shù)據(jù)在卡片失掉電源后（卡片離開(kāi)讀寫(xiě)器天線的有效工作范圍內(nèi)）將被清除。 RAM/ROM 單元 RAM主要配合控制及算術(shù)運(yùn)算單元，將運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行暫時(shí)的存儲(chǔ)。是卡片中內(nèi)建的中央微處理機(jī)（ MCU)單元。它主要進(jìn)行對(duì)整個(gè)卡片的各個(gè)單位進(jìn)行微操作控制，協(xié)調(diào)卡片的各個(gè)步驟。 16 因此每個(gè)扇區(qū)可獨(dú)立地應(yīng)用于一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合。認(rèn)證及存取控制模塊 在確認(rèn)了上述的三個(gè)步驟，確認(rèn)已經(jīng)選擇了一張卡片時(shí)，程序員對(duì)卡片進(jìn)行讀 寫(xiě)操作之前，必須對(duì)卡上已經(jīng)設(shè)置的密碼進(jìn)行認(rèn)證，如果匹配，則允許進(jìn)一步的 Read/Write操作。當(dāng)讀寫(xiě)器收到這一字節(jié)后，可以對(duì)卡片進(jìn)行深一步的操作，例如，可以進(jìn)行密碼驗(yàn)證等等。以使卡片真正地被選中。 Anticollision模塊（防重疊功能）啟動(dòng)工作時(shí)，卡片讀寫(xiě)器將得到卡片的序列號(hào) Serial Number?？ㄆx寫(xiě)器中的 MCM中的 Anticollision防重疊功能配合卡片上的防重疊功能模塊，由程序員來(lái)控制讀寫(xiě)器，根據(jù)卡片的序列號(hào)來(lái)選定一張卡片。 Anticollision模塊：防止（卡片）重疊功能 如果有多張 Mifare 1卡片處在卡片讀寫(xiě)器的天線的工作范圍之內(nèi)時(shí)，AntiCollision模塊的防重疊功能將被啟動(dòng)工作，在程序員控制下的卡片讀寫(xiě)器會(huì)與每一張卡片進(jìn)行通信，取得每一張卡片的系列號(hào)。如果不進(jìn)行第一步的 ATR工作，讀寫(xiě)器對(duì)卡片的其他操作（ Read/Write等）將不會(huì)進(jìn)行。 （ 2）數(shù)字電路部分模塊 波形轉(zhuǎn)換模塊可將卡片讀寫(xiě)器上的 ，一方面送調(diào)制 /解調(diào)模塊，另一方 面進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換，將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，然后對(duì)其整流濾波，由電壓調(diào)節(jié)模塊對(duì)電壓進(jìn)行進(jìn)一步的處理，包括穩(wěn)壓等，最終輸出供給卡片上的各電路。 Mifare 1射頻卡包含了兩個(gè)部分： RF射頻接口電路和數(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(xiě) 10萬(wàn)次。 （ 4）具有防沖突機(jī)制、支持多卡操作。 （ 2）每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組（ 2個(gè)）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╇?，工作時(shí)將卡片放在讀寫(xiě)器的有效工作區(qū)域，卡片讀寫(xiě)器的天線發(fā)送無(wú)線電載波信號(hào)耦合到卡 片上的天線提供電源能量，其電壓可達(dá) 2V 以上，足以滿足卡片上的 IC 電路供電需要。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(gè)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(xiě)“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)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(duì) P3口進(jìn)行 SFR尋址訪問(wèn)時(shí)，即用作第二功能輸出 /輸入線時(shí)，由內(nèi)部硬 12 件使鎖存器 Q置 1。 P3口輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL邏輯門(mén)電路。當(dāng) P0口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器寫(xiě)入全 1，此時(shí) 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(gè)漏極開(kāi)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。 89C51 單片機(jī)引腳 及其功能 如圖 所示為單片機(jī) AT89C51 的引腳圖。 （ 9）具有節(jié)電工作方式，即休閑方式和掉電方式。 （ 7）一個(gè)全雙工 UART 的串行 I/O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與 PC 機(jī)之間的串行通信。 （ 5）兩個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式。 （ 3）片內(nèi) 4KB 程序存儲(chǔ)器 Flash ROM，用以存放程序、 一些原始數(shù)據(jù)和表格。 圖 硬件總體框圖 AT89C51 脈沖提取電路 電磁閥控制電路 安全保護(hù)電路 IC卡讀寫(xiě)電路 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 IC卡座 通信插座 去脈沖 電磁閥 來(lái)自水量 傳感器 10 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 89C51 單片機(jī)的基本組成 在一小塊芯片上，集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分，即 89C51 單片機(jī)芯片內(nèi)包括： （ 1）一個(gè) 8 位的微處理器（ CPU） 。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(shí)還可以將水表的數(shù)據(jù)存入 E2ROM 進(jìn)行永久保存并可通過(guò) 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。該 CPU芯片內(nèi)置 4K 的程序存儲(chǔ)器，有 32 個(gè)多功能的 I/O 口，具有多個(gè)可編程的中斷 I/O口和數(shù)據(jù)串行通信口。 9 第 2 章 智能水表的組成和單片機(jī)的選擇 智能水表系統(tǒng)硬件組成 本水表電路的硬件設(shè)計(jì)原則是在低功耗的前提下，實(shí)現(xiàn)多功能，組成框圖如圖 所示。未來(lái)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(dòng)化發(fā)展的方向的一個(gè)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(fèi)糾紛的功能，這是其他抄表方式及普通水表上門(mén)抄表方式所不能比擬的，并且智能卡水表如同普通水表，無(wú)需鋪設(shè)管線及線路維護(hù)，安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單；另外，智能卡水表自帶數(shù)據(jù)采集模塊、電源部分、電磁閥（電動(dòng)閥）控制，由智能卡讀入預(yù)購(gòu)水量等信息，使用簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，并且它的前期投資費(fèi)用低，因此日益受到供水管理部門(mén)的青睞。主要由智能卡式水表、智能卡、讀卡器、收費(fèi)管理信息系統(tǒng)等組成。 由于各表輸出的總線只需掛接，可以減少分線制抄表方式大量煩瑣的布線、系統(tǒng)調(diào)試任務(wù)以及后期使用過(guò)程中線路、系統(tǒng)維護(hù)等繁重勞動(dòng)強(qiáng)度，也方便高層次設(shè)計(jì)如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、與其他系統(tǒng)（如安防、照明、空調(diào)、消防）共享開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，進(jìn)而為用戶提供完善、綜合的配套服務(wù)。另外因智能水表引出的總線通、斷不影響單表數(shù)據(jù)采集和保存（僅影響水表數(shù)據(jù)的讀出），無(wú)需重新置數(shù)，水表的真實(shí)讀數(shù)仍可繼續(xù)讀 出，其安全性、穩(wěn)定性是比較可靠的。如果采集器掉電或出現(xiàn)其他嚴(yán)重故障則會(huì)使該采集器上所有數(shù)據(jù)丟失，集中抄表的風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法有效分散，與測(cè)控系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的集中管理、分散控制的分布式設(shè)計(jì)死相違背。 ② 采集器均安裝于現(xiàn)場(chǎng)，需專業(yè)人員調(diào)試系統(tǒng)并定期巡視維護(hù)，專業(yè)隊(duì)伍日益“壯大”，維護(hù)費(fèi)用也相應(yīng)劇增。 分線制集中抄表模式單純從技術(shù)上講較成熟，也節(jié)約 成本（多戶表共享一個(gè)采集器），但從實(shí)際情況看，分線制集中抄表模式存在如下缺點(diǎn)： ① 由于每次水表的計(jì)量信號(hào)是通過(guò)分戶線穿越較長(zhǎng)距離到達(dá)采集器，中途任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)疏漏都將使采集器采集不到數(shù)據(jù)，而且鋪設(shè)分戶線不僅使安裝任務(wù)繁重，也存在許多隱患：短線，斷線等。各采集器之間采用總線制連接，最后連接到計(jì)算機(jī)。 智能網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng) 就目前來(lái)講，智能網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳水表又可分為分線制集中抄表方式和總線制智能抄表方式。智能 IC 卡水表的以上優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)使智能 IC 卡水表逐漸被社會(huì)所接受并成為一種基本配置。 5．當(dāng)然，使用智能 IC 卡水表還有其他優(yōu)點(diǎn)，比如可以有效解決盡量扯皮、用水糾紛，貪污水費(fèi)、人情用水、用水 統(tǒng)計(jì)困難等問(wèn)題。 6 4．隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，供水行業(yè)也需要逐步實(shí)現(xiàn)用高科技手段進(jìn)行供水管理。這些，將對(duì)供水交易提出較高的技術(shù)要求。 3．可以有效解決一些技術(shù)難題 。特別是隨著人們家庭安全意識(shí)和隱私意識(shí)的增強(qiáng)，入戶抄表和上面收費(fèi)等隨意進(jìn)入私人住戶的做法將逐漸不受歡迎甚至受到抵制，這是一個(gè)必須給予重視的社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。因此大規(guī)模采用智能 IC 卡水表技術(shù)對(duì)降低供水部門(mén)的管理成本是會(huì)有顯著幫助的。只要供水部門(mén)合理設(shè)置交費(fèi)機(jī)構(gòu)，基本上不會(huì)給用戶帶來(lái)麻煩。解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用多種途徑，但依靠技術(shù)進(jìn)步來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)是更值得提倡的方式。沿用傳統(tǒng)的上門(mén)抄表模式，將很難適應(yīng)這種變化。這種模式改變的意義是巨大的。隨著水資源的緊張和水的商品屬性逐步被社會(huì)認(rèn)可，水的交易將會(huì)逐漸采用 一般商品的交易模式，顯然，先交費(fèi)后用水，是更合理的一種交易模式。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，由于水費(fèi)的支出在總支出中占得比重很小，這種改變，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，只是把水費(fèi)的交付時(shí)間提前了一段 5 時(shí)間，所以，用戶并不敏感。這對(duì)解決水費(fèi)托拖欠這個(gè)過(guò)去難以解決的問(wèn)題會(huì)有幫助。 智能水表的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)水表 相比，智能水表有以下特點(diǎn)： 1．對(duì)供水部門(mén)來(lái)說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)先交費(fèi)再供水的用水模式。出于其數(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)抄表收費(fèi)到用戶自己去營(yíng)業(yè)所交費(fèi)的轉(zhuǎn)變。智能水表除了可對(duì)用水量進(jìn)行計(jì)量并進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型水表。 4 智能水表 隨著為電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成了處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、并行和串行接口、看門(mén)狗甚至 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器等電路在一塊芯片上的超大規(guī)模集成電路芯片 —— 單片機(jī)出現(xiàn)了。 隨著科技水平不斷發(fā)展，人們對(duì)傳統(tǒng)水表提出以下幾方面的要求：測(cè) 量精度高、功能強(qiáng)、可靠性好，測(cè)量全能自動(dòng)化、智能化，小型化、使用靈活方便、升級(jí)方便，同時(shí)還能進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和顯示，具有和其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊等功能。同時(shí)，一臺(tái)普通傳統(tǒng)水表具有相對(duì)獨(dú)立性，不能與其他水表設(shè)備進(jìn)行通信，而只能用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果不能處理、存儲(chǔ)、顯示，局限性很大。 傳統(tǒng)水表的主要特點(diǎn) 傳統(tǒng)水表的主要特點(diǎn)是自成體系，自我包容，用戶無(wú)法更改。它一般具有輸入信號(hào)接口 、內(nèi)部處理電路和實(shí)時(shí)顯示三部分。 3 傳統(tǒng)水表的主要結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)水表主要結(jié)構(gòu)由硬件構(gòu)成，以相對(duì)固定形式確定下來(lái)，所實(shí)現(xiàn)的功能較單一。它對(duì)改善人類(lèi)生活、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步起到了無(wú)法估量的作用。從國(guó)內(nèi)外水表行業(yè)的目前情況以及水資源的可持續(xù)性發(fā)展目標(biāo)來(lái)看，我國(guó)的傳統(tǒng)水表必須進(jìn)行改進(jìn)，才能適應(yīng)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。例如 ABB 公司的 KENT 水表采用充電電池，具有按鍵讀數(shù)、可以顯示日期時(shí)間及各戶用水量，建有機(jī)械式與電子式讀數(shù)功能，而且還配有 IBMPC 兼容機(jī)接口，可以進(jìn)行電話通信；德國(guó) Sameco 公司的新型水表可顯示上一年與本年度用水量以及日期與時(shí)間等，并開(kāi)發(fā)電卡式水表；此外，日本、以色列等國(guó)也相繼推出自己的新產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，儀 表的智能化程度將越來(lái)越高。 微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，引起了儀表機(jī)構(gòu)的根本性變革，以微型計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）為主體，將計(jì)算機(jī)技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，組成新一代“智 2 能化儀表”，智能化儀表在測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化。隨著我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，金卡工程的全面實(shí)施，實(shí)現(xiàn)自來(lái)水收費(fèi)管理的電子化、信息化及網(wǎng)絡(luò)化已成為可能。 長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)居民所使用的水表普遍是普通機(jī)械旋翼濕式水表，這種水表價(jià)格低廉，性能比較穩(wěn)定，但是還采用人工抄表、按戶收費(fèi)的模式。要加強(qiáng)用水的科學(xué)管理，最重要的是加速研究開(kāi)發(fā)科學(xué)先進(jìn)、應(yīng)用方便的節(jié)水科學(xué)管理儀表以及這種儀表的普及應(yīng)用。但是，我國(guó)是世界上人均水資源擁有量是分貧乏的國(guó)家之一，節(jié)約和保護(hù)水資源是我國(guó)當(dāng)前一項(xiàng)是分重