智能水表设计

天津大学网络教育学院本科毕业设计（论文）题目：IC卡智能水表设计完毕期限：2023年1月5日至 2023年5月15日学习中心：奥鹏专业名称：电气工程及其自动化学生姓名：学生学号：指导教师：李克骄摘要本文重要以智能IC卡水表系统为研究对象，研究了基于单片机的智能水表的设计。一方面提出射频IC智能水表系统的设计方案；另一方面对系统硬件电路结构进行了设计；再次介绍了系统软件设计原则以及控制流程。该智能水表以低功耗、低电压、高性能的8 位单片机AT89C51为核心，以防干扰性能极高的双干簧管为流量传感器，此外本设计尚有可显示状态字的LED 显示屏以及报警模块，剩余水量到报警值或为零时，门阀驱动电路运作，自动关阀中断供水。采用射频读写芯片，当IC 卡贴近感应区时，通过读卡芯片读入所购水量并和水表内剩余水量累加，并写入射频卡水表内存储器。本设计可以改善传统水表功能单一的缺陷，测量精度更高，功能更强，可靠性更好。关键词：智能水表；射频IC卡； AT89C51；目录第一章绪论1 第二章系统分析及设计方案2 2.1系统设计技术指标2 2.2系统重要硬件2 第三章硬件设计3 3.1AT89C51单片机的介绍3 3.1.1中断系统8 3.2流量传感器9 3.3阀门驱动电路10 3.4读写模块11 3.5通信模块13 3.6电路显示15 3.7报警电路15 3.8电源电路16 第四章软件设计17 4.1设计思绪17 4.2主流程图18 4.3 protues仿真19 参考文献21 附录22 致谢28 第一章绪论水资源短缺现象日益严重,加强用水科学管理是当前首要任务。长期以来，我国城乡居民都是先用水后交费，采用人工抄表、按户收费的方式。传统水表重要结构由硬件构成，以相对固定形式拟定下来，所实现的功能较单一。因此研制一种低功耗、计量精确方便的智能水表显得极为重要。随着科学技术的发展，智能IC卡水表渐渐走入了人们的生活。1997年第一个代码预付水表产生了；1998年射频卡水表研究成功；1999年新一代的接触式IC卡水表(采用逻辑加密卡)及CPU卡水表研制成功：2023年TM卡水表产生了；2023年具有防水功能的接触式IC卡水表研制生产。20世纪90年代初期，中国各地对水表计量精度等级达成A级就满足了，而美国普遍规定相称于国际标准的C级。近年来世界性共同倾向对水表的质量规定提高，向工业发达国家靠近，如乌拉圭国家规定速度式C级计量精度等级，澳大利亚规定D级。中国市场上，速度式水表从B级到C级，容积式从C级到D级，纯净水用户指定规定D级水表。我国的传统水表必须进行改善才干适应社会和经济的发展。测量精度高、功能强、可靠性好，智能化，小型化、使用灵活方便成为研究本课题的重要方向。[1] [2] [3] 本文以智能IC卡水表系统为研究对象,一方面提出射频IC智能水表系统的设计方案；另一方面对系统硬件电路结构进行了设计；再次介绍了系统软件设计原则以及控制流程。该智能水表以美国ATMEL 公司生产的一种低功耗、低电压、高性能的8 位单片机AT89C51为核心，以双干簧管为流量传感器，此外本设计尚有可显示状态字的LED 显示屏以及报警模块，剩余水量到报警值或为零时，门阀驱动电路运作，自动关阀中断供水。采用射频读写芯片，当IC 卡贴近感应区时，通过读卡芯片读入所购水量并和水表内剩余水量累加，并写入射频卡水表内存储器。第二章系统分析及设计方案本文以智能IC卡水表系统为研究对象，研究了基于单片机的智能水表的设计。了解智能IC水表系统的工艺过程，对被控对象进行整体分析，设计整体系统方案；根据智能IC水表系统的特点，完毕系统的硬件设计；在硬件设计基础上，完毕系统软件部分的设计，涉及主程序、初值设定子程序、LED 显示子程序等。 2.1系统设计技术指标（1）实现智能水表精确测量，达成 1 级精度规定的方法。此处涉及到水量计量芯片的选择、CPU 的选择、软件算法的构架、PCB 布局等影响测量精度因素的研究。（2）实现水表智能化管理的具体方法。涉及到的研究内容有：数据存储的方法、系统通过 RS485 与上位机通信实现方法、系统通过红外与其他设备通讯的实现方法。（3）实现系统供电电源的方法。此处涉及到交流电源转直流稳压电源的研究。 2.2系统重要硬件单片机的最小系统、流量传感器、显示电路、电源模块、报警电路、门阀驱动电路、读写模块等,系统的结构如图2-1所示。第三章硬件设计单片机的最小系统、流量传感器、显示电路、电源模块、报警电路、门阀驱动电路、读写模块等。 3.1AT89C51单片机的介绍 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微解决器，俗称单片机而在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的AT89C51更实用，也是一种高效微控制器，由于它不仅和8051指令、管脚完全兼容，并且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器，用户可以用电的方式达成瞬间擦除、改写。而这种单片机对开发设备的规定很低，开发时间也大大缩短。 AT89C51提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定期/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定期/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并严禁其它所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C51是一种CMOS八位微解决器，并且在其片种能反复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，可完全代替MCS-51系列单片机，并且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89C51可构成单片机最小应用系统，缩小系统体积, 增长系统的可靠性，减少了系统成本。只要程序长度小于4k, 四个I/O口所有提供应用户。可用5V电压编程，并且写入时间仅10毫秒,仅为8751/87C5的擦除时间的百分之一，与8751/87C51的12V电压擦写相比,不易损坏器件,没有两种电源的规定，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。AT89C51芯片提供三级程序存储器锁定加密，提供了方便而可靠的硬加密手段,能完全保证程序或系统不被仿制。AT89C51有间歇、掉电两种工作模式。间