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1、基于单片机的 IC 卡水表设计摘要智能 IC 卡水表是一种集计量和控制功能于一体的水表计量设备。水表。这款水表的研发从根本上改变了自来水公司的传统工作方式，形成了先买卡再充水的服务模式，有效避免了水费的流失，为水务公司提供了先进的管理方法。降低自来水公司的运营成本。它解决了长期以来困扰供水行业的欠水问题，更重要的是从根本上改变了市民的用水观念和供水行业的管理方式。本次设计的智能 IC 卡水表系统采用单片机 AT89C51 作为主芯片，完成充值、扣款、复位等功能。显示部分采用 LCD 12864 液晶显示，可支持汉字和数字输出，简洁明了。键盘采用矩阵键盘模块，输入方便。 IC 卡采用西门子 SL
2、E4442 逻辑加密卡。设计结果表明，该系统设计简单、结构简单、成本低、维护方便。详细介绍了系统的总体原理，分析了系统的软硬件设计，并制作了实物。关键词：单片机； IC 卡；智能水表目录1 简介 11.1 学科背景 11.2 传统水表 11.2.1 传统水表主体结构11.2.2 传统水表的主要特点11.3 智能 IC 卡水表 21.3.1 智能 IC 卡水表主要特点21.4 IC 卡发展历程 31.5 研究内容 32 IC 卡水表整体设计 42.1 系统功能说明 42.2 系统总体方案设计52.2.1 IC卡选择 62.2.2 键盘选择 62.2.3 显示器的选择 73 系统各模块硬件电路设计
3、83.1 Protel电路原理图设计软件83.2 单片机第 113.2.1 单片机 AT89C51 介绍 11AT89C51 13 主要引脚介绍 121 简介1.1 主题背景_科学技术的发展步伐越来越快，加速了资源的消耗，特别是人们日常生活中不可缺少的淡水资源。淡水资源对一个国家的发展也极为重要。但是，我国是世界上人均淡水资源最匮乏的国家之一。目前，中国 600 多个城市中有近 400 个城市供水不足。我们可以采取两个措施来节约水资源。一是加大节水新技术开发和推广力度；二是对用水进行更加科学的管理。目前我国大部分城市居民使用自来水，以区域水站供水为主，逐步发展为以单位住宅区或建筑物或单位为户，
4、自来水公司收费表阅读。这种方法存在工作量大、充电周期长、充电相对困难、效率低等缺点。这种商业模式已经跟不上社会发展的步伐。因此，从某种意义上说，加强用水的科学管理已成为当前的首要任务。随着社会经济的发展和人们生活水平的逐步提高，智能电子产品逐渐渗透到每一个家庭。因此，我们提出了 IC 卡智能水表的解决方案。1.2 传统水表传统水表经历了缓慢而漫长的发展历程，在改善人们生活、推动科技进步方面发挥了不可估量的作用。直到现在，它仍被用作供水公司的主要经营模式。1.2.1 传统水表的主要结构传统的水表主要由硬件组成，通过固定的方法确定，这也是它所能实现的功能比较简单。这种水表只有统计流量和用水量指针显
5、示功能。传统水表一般有输入信号接口、局部处理电路和实时显示三部分。1.2.2 传统水表的主要特点传统水表的主要特点是自成一体，自成一体，用户无法更换。传统水表的功能也比较简单。仅具有比较简单的流量采集和用水量机械指针显示功能。而且普通的传统水表具有相对独立的特性，无法与其他水表设备通信，传统水表存在很大局限性，只能用于现场测量，测量结果无法处理、存储。 , 并显示。此外，传统水表还存在无法升级、开发周期过长、投资过大等缺点。随着科学技术的不断发展，人们也对传统水表提出了更高的要求：测量精度更高、可靠性更好、自动测量、实现智能化、小型化、使用更灵活方便、便于携带。升级后，还需要同时处理、存储和显
6、示测量数据，并且必须具备与其他设备进行数据通讯的功能。这些新的高要求，不仅推动了传统水表的不断改进和发展，也必然产生一种新型的水表智能水表。1.3 智能 IC 卡水表IC卡智能水表是利用现代传感技术、现代微电子技术和智能IC卡技术，对用水量进行准确计量并传输结算数据的新型水表。1.3.1 智能 IC 卡水表与传统水表相比， IC 卡智能水表具有以下特点，也可以说是优势。（一）有效解决一些技术难题。随着水资源日益紧张，国家将逐步实施阶梯水价等更为复杂的水资源管理模式，可以有效控制用水量，但同时也对供水交易制度提出了更高的技术要求。如果使用传统的水表，这个问题是无法解决的，但是 IC 卡智能水表可
7、以轻松解决这些问题。(2)改变了旧的抄表收费模式。这种范式转变的影响是巨大的。我国城市规模迅速扩大，住户数量也在迅速增加，供水部门的工作量将不断增加。继续使用传统的水表将很难实现。因此，智能 IC 卡水表技术的大规模应用已成为必然发展。通过 IC 卡交易和结算，用户可以自主决定支付的时间和金额，增加了用户的自主权。这不是传统水表的情况。的。（3）在部门上，可实现先付费后供水的用水模式。用传统水表收取水费的方法需要大量的工作，不仅效率低，而且费时费力。还可能遇到用户不缴、逾期缴费或漏缴水费等问题。供水部门也将因“先供水后收费”的商业模式造成资金压力。更重要的是，随着社会的发展，人们对家庭安全和隐
8、私的意识也在增强，这使得家庭抄表、计费收费的做法逐渐被抵制。使用智能 IC 卡进行交易结算，可以轻松解决这些可能引发纠纷的问题。（1）随着供水行业的快速发展，供水管理也需要更高的技术水平。如果继续使用传统的水表，这种飞跃基本上是不可能实现的，而 IC 卡智能水表的使用将为利用计算机技术进行现代化管理奠定技术基础。(2)与传统水表相比，IC 卡智能水表具有成本低、可靠性高、使用寿命长、安全性好等优点，无需担心故障率高。 IC 卡智能水表的上述优点将使IC 卡智能水表逐渐被社会所接受，成为基本配置。1.4 IC 卡发展历程IC 卡是 Integrated Circuit Card 的英文缩写，有些
9、国家也称其为智能卡、智能卡、微芯片卡等。 1993 年，中国正式启动了以电子货币应用为重点的“金卡工程”。诞生于 1970 年代的 IC 卡因其智能化和便携性而在中国开始普及和发展。带动了经济增长。虽然 IC 卡在中国的应用发展迅速，但 IC 卡在中国的应用领域还远远不够广泛，应用深度远不及发达国家。随着智能卡产业的快速发展和逐渐成熟，以及国家对智能卡产业的大力支持，全国 IC 卡的生产和应用呈现出快速发展的势头。目前 IC 卡已广泛应用于金融、社保、交通、电信、旅游、商业、银行账户管理等领域。关于 IC 卡的最早想法是由日本人提出的。 1969年 12 月，有村国隆提出了一种制造安全可靠的信
10、用卡的方法，并于 1970 年获得专利权，但当时被称为 ID 卡 IdentificationCard 而不是 IC 卡。第二代 IC 卡是 1974 年法国罗兰莫雷诺发明的带有集成电路芯片的塑料卡，并获得了该项专利权，是早期 IC 卡的发展过程。第三代 IC 卡是法国布尔公司于 1976 年开发的世界上第一张真正的 IC 卡。对于第四代，1984 年法国 PTT 与国际电工委员会联合技术委员会共同制定了一系列国际标准和法规，从某种意义上极大地推动了 IC 卡的发展。在本次设计中，我想通过 SLE4442卡的应用来实现一个简单的 IC 卡智能水表的设计，为我们日常用水提供方便。1.5 研究内容
11、将 IC 卡插入水表后，系统通过 LCD128 64 位显示金额，您可以通过键盘输入选择充值或用水。开水功能后，可扣 1 元/秒。操作完成后， LCD128 64 可以实时显示余额，可以使用添加密码（ 111111 ）进行充值。本次设计的主要内容如下：(1)基于 AT89C51 单片机完成 IC 卡智能水表的设计(2)使用 PROTEL 软件完成电路原理图的绘制(3) 使用 KEIL 设计软件的程序(4) 做一个真实的东西卡水表的整体设计2.1 系统功能说明IC 卡智能水表系统根据不同的使用环境应具备以下功能：( 1 )消费阶段是实现扣费、扣水的功能，属于正常使用阶段。 IC 卡插入智能水表后
12、，系统可以读取 IC 卡的金额并显示出来。按下消耗按钮，系统将自动开启出水功能。智能水表会扣卡金额 1 元/秒，显示屏实时显示可用余额。（ 2 ）在充值阶段，按充值键输入密码，然后使用键输入充值金额。充值完成后，智能水表会自动将充值金额添加到卡中。并通过显示屏显示 IC 卡中充值后的余额。2.2 系统总体方案设计水表电路的硬件设计原则是在低功耗的前提下实现多功能。系统硬件电路由 IC 卡读写电路、液晶显示控制电路、脉冲提取电路、安全保护电路、存储单元电路、通讯接口电路组成。以 AT89C51 为核心控制芯片，完成整个水表信号的读写处理，监控水表工作的功能。 CPU 芯片具有 4K 程序存储器、
13、 32 个多功能 I/O 口、多个可编程中断 I/O 口和数据串行通讯口。此外，该芯片功耗低，特别适合水表控制电路多、功能全、功耗低的要求。可以方便地读取 IC 卡的数据来控制液晶显示器的工作，也可以将水表的数据存储在 E 2 ROM 中永久保存，可以通过致到表外的数据终端串口，大大提高了水表的智能化程度。功能化根据智能水表的功能特点，智能水表系统需要完成数据输入、显示和处理三个功能。整个系统的结构框图如图 2.1 所示复 位 电 路报 警 电 路IC 卡接 口图 2.1 系统结构框图单显 示 屏片机键 盘系统整体结构框图 IC 卡智能水表系统主要包括控制系统、键盘输入模块、IC 卡接口模块、
14、报警模块和复位模块。通过这些模块的协调，可以完成智能水表的相应功能。2.2.1IC 卡选择1 、根据 IC 卡的读写特性， IC 卡可以分为两类，一类是接触式 IC 卡，一类是射频卡。下面介绍两种 IC 卡的特点：射频 IC 卡表面没有金属触点，但在卡的部分设置了天线。当射频卡与读卡器有一定距离时，读卡器通过发射射频信号就可以对 IC 卡进行读写。 .接触式 IC 卡表面有 6 或 8 个金属触点。只有将 IC 插入读卡器后，金属触点与读卡器接触，才能在微处理器的控制下完成。读写操作。2 、根据 IC 卡的结构，IC 卡可分为三类：存储卡、逻辑加密卡和 CPU 卡。我们只介绍存储卡和逻辑加密卡。(1)存储卡的容量可以从几十字节到几千字节不等。存储卡具有操作方便、读写速度快、信息存储时间长等优点。但是，存储卡没
