【正文】 in design based on singlechip precharges the IC card water meter system hardware circuit design, its main function is based on AT89C51 singlechip microputer as the core, the realization of IC card reader, LCD display control, the control solenoid valve, pulse extraction, at the same time security protection circuit, memory cell circuit, munication interface circuit, the signal meter to III plete the reading, writing and processing, monitoring the work function of water meters. In this paper, one by one for each module studied. Full detail of the hardware circuit design flow, for the design of the Central African contactless IC card reader circuit module, liquid crystal display circuit module and circuit module, such as reading and writing H6152 working principle and function are described in detail. Key words: SCM。 本論文主要設(shè)計研究 基于單片機(jī)的 IC 卡智能水表 電路 ，其主要功能是以AT89C51 單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn) IC 卡的讀寫，液晶顯示的控制，電磁閥的控制，脈沖的提取，同時具有安全保護(hù)電路、記憶單元電路、通信接口電路，完成整個水表信號的讀、寫處理，監(jiān)控水表工作的功能。 I 基于單片機(jī)的 IC 卡智能水表設(shè)計 摘 要 為適應(yīng)國家用水制度的改革，研究和利用現(xiàn)代化智能技術(shù)對自來水實(shí)行自動控制，減輕供水管理部門因“先供水后收費(fèi)”造成的資金壓力，減少每月抄表、收費(fèi)所帶來的麻煩和因收費(fèi)問題帶來的糾紛，用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段改變自來水管理體制的落后現(xiàn)狀，勢在必行?；趩纹瑱C(jī)的 IC 智能水表不但可以提高供水部門的工作效率，而且在技術(shù)上為節(jié)約用水、合理用水創(chuàng)造了條件，由于這些特點(diǎn)，基于單片機(jī)的 IC 智能水表得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文對每個模塊逐一進(jìn)行了研究，全面詳細(xì)地論述了硬件電路的設(shè)計流程，對本設(shè)計中非接觸式 IC 卡讀寫電路模塊、液晶顯示 電路模塊和 H6152 讀寫電路模塊等工作原理及功能進(jìn)行了詳細(xì)了說明。 IC Card 。 Memory modules IV 目 錄 摘 要 .................................................................................................................................. I Abstract .............................................................................................................................II 第 1 章 緒論 ................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。水是寶貴的環(huán)境資 源，也是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。節(jié)約水資源包括兩個方面的措施，一是大力推廣應(yīng)用節(jié)水新技術(shù)；二是加強(qiáng)用水的科學(xué)管理，在某種意義上來說，加強(qiáng)用水科學(xué)管理是當(dāng)前的首要任務(wù)。因此研制一種低功耗、計量精確方便的智能水表顯得極為重要。此方式存在著工作量大，收費(fèi)周期長，收費(fèi)困難，效率低下等缺點(diǎn)。水表系統(tǒng)的智能化可以大大提高供水管理部門的工作效率、節(jié)約費(fèi)用，用以改善供水設(shè)施，提高居民飲水質(zhì)量；同事還能為加強(qiáng)自來水使用的監(jiān)督管理提供手段，從而在技術(shù)上為節(jié)約用水合理用水創(chuàng)造條件。智能儀表不僅能解決傳統(tǒng)儀表不易或不能解決的問題，還能簡化儀表電路，提高儀表的可靠性，更容易實(shí)現(xiàn)高精度、高性能、多功能的目的。 我國目前智能水表新產(chǎn)品開墳基本上是借鑒國外先進(jìn)模式，因?yàn)閲庠诖朔矫娴难芯吭O(shè)計起步較早。國內(nèi)的一些企業(yè)也對多種智能化水表系統(tǒng)作了研究，但在微功耗、可靠性等方面效果并不理想，因此并未投入大批量生產(chǎn)。 傳統(tǒng)水表 傳統(tǒng)水表的發(fā)展經(jīng)歷了漫長年代，它涉及社會生活的各個方面。直到現(xiàn)在在很多領(lǐng)域還能 繼續(xù)發(fā)揮作用。只具有流量采集和機(jī)械指針顯示用水量的功能，用戶在使用過程中無法對其功能進(jìn)行改變。對于一些儀表功能如自凋零、自校準(zhǔn)、自動調(diào)節(jié)量程等的設(shè)置是由用戶在儀表設(shè)備面板上手工完成。傳統(tǒng)水表功能單一，只具流量采集和機(jī)械指針顯示用水量的功能。另外，傳統(tǒng)水表無法升級換代，而且開發(fā)周期長、經(jīng)費(fèi)投入大。這些新的要求不僅促使著傳統(tǒng)水表不斷地改進(jìn)和發(fā)展，也孕育著新一代水表 ———— 智能水表的產(chǎn)生。智能水表是一種以單片機(jī)為主體，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)與測量控制技術(shù)，利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、智能 IC 卡技術(shù)對用水量進(jìn)行計量并進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型水表。智能水表除了可對水量進(jìn)行記錄和電子顯示外，還可以按照約定對用水量進(jìn)行自動控制，并且自動完成階梯水價的水費(fèi)計算，同時可以進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù) 存儲的功能。 IC 卡交易系統(tǒng)還具有交易方便，計算準(zhǔn)確，可以利用銀行進(jìn)行結(jié)算的特點(diǎn)。這是大家都普遍認(rèn)可的一個優(yōu)點(diǎn)。供水部門推行 IC 卡水表的經(jīng)驗(yàn)表明，人們普遍接受這一模式，供水部門不僅解決了拖欠交費(fèi)的老大難問題，還可以提前收到資金。但對供水部門來說，這種變化則是不能小看的。 2．改變了入戶抄表收費(fèi)的模式。由于城市規(guī)模不斷擴(kuò)大和居民戶數(shù)快速增加，供水部門抄表和收費(fèi)的工作量將不斷加大。而現(xiàn)在由于各種原因的影響，人工入戶抄表的效 率已經(jīng)在逐漸下降并且是這種模式的成本不斷增加。顯然，采用智能 IC 卡水表及其管理系統(tǒng)，將可以從根本上改變由供水部門派人去千家萬戶抄表收費(fèi)的模式。如果得到金融系統(tǒng)的配合，還可以減少布點(diǎn)的成本。而使用IC 卡進(jìn)行交易結(jié)算，用戶可以自主決定交費(fèi)時間和數(shù)量，增大了用戶的自主性。而使用智能 IC 卡進(jìn)行交易結(jié)算，將可以有效解決這個會帶來很多社會隱患的問題。比如 ,隨著水資源的緊張，將會逐步實(shí)行超計劃水價甚至階梯式水價等較為復(fù)雜的用水管理模式。采用普遍水表和人工抄表的模式，是難以解決這些技術(shù)問題的，而采用智能 IC 卡水表，將很容易解決這些問題。采用傳統(tǒng)水表，這個跨越式很難完成的，而采用智能 IC 卡水表，將為運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)代化管理奠定一個技術(shù)基礎(chǔ)。 6．與遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)相比，智能 IC 卡水表具有使用和維護(hù)成本很低，沒有布線造成的混亂和高故障率等問題。 國內(nèi)外智能水表的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 目前，國內(nèi)企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)主要致力于智能網(wǎng) 絡(luò)遠(yuǎn)傳水表的智能卡式水表系統(tǒng)方面的研究開發(fā)，如寧波水表廠、上海自來水公司水表廠等都在相繼開發(fā)遠(yuǎn)傳水表，由于智能網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)需要配套遠(yuǎn)傳通信網(wǎng)絡(luò)支持，其初期投資大，因此只適用于在一些新建住宅小區(qū)組成相對獨(dú)立的小網(wǎng)，所以目前尚未大量投入市場；而后者采用先付費(fèi)后用水的管理模式，在當(dāng)前收費(fèi)困難、人工抄表效率低下的情況下，更能獲得供水管理部門的青睞。 7 （ 1）分線制集中抄表方式 各種分線制集中抄表方式的 基本原理大致相同，即由采集器定時順序采集來自多路分戶線的水表信號，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲。其典型特點(diǎn)是各戶表通過分戶線連接至采集器。錯綜 復(fù)雜的線路更使得維護(hù)工作困難重重。 ③ 分線制集中抄表模式的風(fēng)險不僅僅是各表風(fēng)險的簡單累加。 （ 2）總線制智能抄表方式 總線制智能水表由于采集、計數(shù)工作單元均安裝在智能水表內(nèi)并密封，水表的數(shù)據(jù)采集、處理、存貯 等基礎(chǔ)工作全由智能水表本身完場，手抄器或電腦不參與底層數(shù)據(jù)采集僅進(jìn)行通訊聯(lián)系，消除了外界因素對計量的影響。但 8 由于單表內(nèi)設(shè)置單片機(jī)和后備電源，成本較高，推廣普及較慢。 智能卡式水表系統(tǒng) 智能卡水表是在當(dāng)今智能卡技術(shù)與市場迅猛發(fā)展、單個智能卡及刷卡機(jī)性能價格比日益提高的特定時期應(yīng)運(yùn)而生的。用戶須在供水部門指定售卡點(diǎn)，購水后刷卡方能使用。 根據(jù)我國金卡工程的長遠(yuǎn)發(fā)展建設(shè)來看，單純地將普通機(jī)械式水表轉(zhuǎn)化成機(jī)械式 +電子式固然已邁出了重要的一步，但是還不夠完善，因?yàn)樗淼挠嬃款A(yù)收費(fèi)及管理自動化將是大勢所趨。因此如何設(shè)計合適的平臺，將自動抄表系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控報警系統(tǒng)、家居安防系統(tǒng)等無“縫隙”地與數(shù)據(jù)網(wǎng)及控制網(wǎng)連接起來，開發(fā)出能體現(xiàn) 優(yōu)良的綜合性、互操作性、方便實(shí)際現(xiàn)場安裝維護(hù)的一體化智能系統(tǒng)將成為今后一段時期內(nèi)的熱點(diǎn)。系統(tǒng)硬件電路由 IC 卡讀寫電路、液晶顯示控制電路、電磁閥控制電路、脈沖提取電路、安全保護(hù)電路、記憶單元電路、通信接口電路組成，以 AT89C51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。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。本水表采用電池供電。 （ 2）片內(nèi) 256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 RAM/SFR，用以存放可以讀 /寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。 （ 4） 4 個 8 位并行 I/O 端口 P0P3,每個端口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 （ 6）具有 5 個中斷源、兩個中斷優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)。 （ 8）片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。 以上各個部分通過片內(nèi)八位數(shù)據(jù)總線相連接。 11 圖 單片機(jī) AT89C51 的引腳圖 （ 1） XTAL1（ 19 腳）：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 （ 3） RST（ 9腳）：復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器工作時， RST引 腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8個 LS型 TTL負(fù)載。 （ 5） P3口（ 10～ 17腳）： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O多功能口。對 P3口寫入 “1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口，此時，被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流。 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處低電平 10ms 來完成。此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 表 P3 口與第二功能表 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD (串行輸出口 ) INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時器 /計數(shù)器 0） T1（定時器 /計數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 13 第 3 章 系統(tǒng)各模塊硬件電路設(shè)計 IC卡讀寫電路 Mifare 1射頻 IC卡 Mifare 1 射頻 IC 卡的核心是 Philips 公 司制造的 Mifare 1 IC S50 系列微晶片，其內(nèi)部包括 1KB 高速 EEPROM、數(shù)字控制模塊和一個高效率射頻天線模塊。在信道保證和數(shù)據(jù)完整性方面， Mifare 1 標(biāo)準(zhǔn)還提供了信道檢測、存儲數(shù)據(jù)冗余校驗(yàn)、三次傳遞認(rèn)證以及防沖突機(jī)制等功能，保證了數(shù)據(jù)交換過程的安全。 （ 1） 1KB的 EEPROM，分為 16個扇區(qū)，每個扇區(qū)分為 4塊，每塊 16B，以塊為存取單位。 （ 3）每張卡有唯一的 32位序列號。 （ 5）無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通信邏輯電路。 （ 7）工作頻率為 。 14 （ 9）讀寫距離最大可達(dá) 10cm（取決于天線設(shè)計）。 C。 （ 1） RF射頻接口電路 在 RF射頻接口電路中，主要包括波形轉(zhuǎn)換模塊和 POR模塊。 POR模塊主要是對卡片上的各個電路進(jìn)行 POWERONRESET（上電復(fù)位），使各電路同步啟動工作。 ATR模塊： Answer to Request (“請求之應(yīng)答” ) 當(dāng)一張 Mifare 1卡片處在卡片讀寫器的天線的工作范圍之內(nèi)時，程序員控制讀寫器向卡片發(fā)出 REQUEST all（或 REQUEST std）命令后，卡片的 ATR將啟動，將卡片 Block 0 中的卡片類型（ TagType）號共 2個字節(jié)傳送給讀寫器，建立卡片與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。 由于 Mifare 1卡片每一張都具有 15 唯一的系列號，決不會相同，因此卡片讀寫器根據(jù)卡片的序列號來識別、區(qū)分已選的卡片。被選中的卡片將直接與讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，未被選擇的卡片處于等待狀態(tài)，隨時準(zhǔn)備與卡片讀寫器進(jìn)行通 信。序列號 Serial Number存儲在卡片的 Block 0中，共有 5個字節(jié)，實(shí)際有用的為 4個字節(jié)，另一個字節(jié)