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1、摘 要长期以来，自来水用户的用水量管理依靠人工抄表，由收费员到各家收费或各用户去银行交费。这种传统收取水费的做法需要的工作人员多，费时、费力、效率低，且常常出现用户欠费、迟缴或漏缴水费等问题，这给自来水公司和用户都带来很多的不方便与矛盾。基于单片机的IC卡智能水表不但可以提高供水部门的工作效率，而且在技术上为节约用水、合理用水创造了条件。由于这些特点，基于单片机的IC智能水表得到了越来越广泛的应用。本论文主要设计基于单片机的IC卡智能水表电路。系统包括以下几个功能模块：供电电源、流量传感器、IC卡读/写器、LCD显示模块、防拆电路、报警电路、主控芯片选用单片机AT89S51。智能水表作为一种顺
2、应自来水行业发展需要的产品，它的出现极大的改善了传统管理模式下存在的抄表难、收费难等问题，改变了现有的用水机制，增强了人们的节水意识，实现了供水管理部门高效管理自动化。关键词：智能IC卡，读卡器，AT89S51，LCDABSTRACTFor a long time, the administration of the tap water scalar for the users has been relied on the copy of the water meter. With this method the toll collectors should drop in for the c
3、harge or the users consign to the bank themselves. This traditional method of the tap water charge needs a lot of workers. Whats more, the efficiency of this way is very low and it often engenders arrearage and evasion of the charge, which causes incovenience and conflict to both the users and the w
4、aterworks. The application of intelligent water meter not only improves work efficiency of the department supplying water, and realizes using water electronically but also creates a condition for using water frugally and rationally. Because of these characteristics, intelligent water meter obtained
5、more and more widespread application.In this paper, the main design based on single-chip pre-charges the IC card water meter system hardware circuit design. The system concludes the following functional modules: power supply, flux sensor、IC card reader、LCD show module 、alarm circuit、tamper circuit,
6、and the microcontroller AT89S51 as its master CMOS chip.As the product to conform the development of the tap water industry, intelligent water meter greatly decrease the difficulty in charge and the copy of the water meter. Whats more, it can change the current water mechanism, enhance the sense of
7、saving water, and realize the automation in the water supply departments management.KEYWORDS: intelligent IC card, card reader, AT89S51, LCD目 录前 言1第1章 绪论51.1 传统水表51.1.1 传统水表的主要结构51.1.2 传统水表的特点51.2 智能水表61.2.1 智能水表介绍61.2.2 智能水表与传统水表的区别61.3 IC卡智能水表及其分类71.3.1 IC卡水表的概念71.3.2 IC卡智能水表分类8第2章 智能水表总体设计92.1 智能
8、水表结构92.1.1 硬件部分92.1.2 软件部分102.2 AT89S51单片机性能介绍112.2.1 AT89S51的主要性能参数112.2.2 AT89S51的引脚功能及结构特框图122.2.3 AT89S51单片机的振荡器特性152.3 智能水表的功能152.4 系统的低功耗设计16第3章 智能水表各模块设计183.1 IC卡读写电路183.1.1 IC卡的基本概念183.1.2 IC卡及卡座的选用183.1.3 24C01工作原理及工作特性193.1.4 读写器的硬件设计193.2 电源电路213.2.1 MAX639转换器213.2.2 电源电路工作原理213.3 阀门控制电路2
9、23.4 流量计量模块电路223.4.1 流量计量原理223.4.2 流量计量模块原理图243.5 防拆电路253.6 LCD显示电路253.7 报警电路273.8 系统的安全性问题及其解决方案283.8.1 水表的安全性问题283.8.2 安全性问题的解决方案28第4章 系统各模块软件设计304.1 系统软件开发调试环境304.2 系统主程序流程图304.2.1 各模块程序流程图304.2.2 系统主程序314.3 系统各模块软件设计324.3.1 初始化模块324.3.2 水量计量模块334.3.3 IC卡处理模块344.3.4 LCD显示模块子程序344.3.5 阀门模块364.4 电源
10、电压检测子程序36第5章 结论37参考文献39致 谢40附录 智能水表系统原理图41西安工程大学本科毕业设计（论文）前 言随着社会科学技术的高速发展，资源短缺现象日益严重，尤其是与人类生存息息相关的水资源。水是宝贵的环境资源，也是我国可持续发展战略的重要物质基础。我国是世界上人均水资源拥有量贫乏的国家之一，节约和保护水资源是我国一项重要的战略措施。节约水资源包括两个方面的措施，一是大力推广应用节水新技术；二是加强用水的科学管理，在某种意义上来说，加强用水科学管理是当前的首要任务。要加强用水的科学管理，最重要的是加速研究开发科学先进、应用方便的节水科学管理仪表以及这种仪表的普及应用。因此研制一种
11、低功耗、计量精确方便的智能水表极为重要。长期以来，我国城镇居民所使用的水表普遍是普通机械旋翼式水表，这种水表价格低廉，性能比较稳定，但是还采用人工抄表、按户收费的模式。此方式存在着工作量大、收费周期长、收费困难、效率低下等缺点。随着我国信息产业的飞速发展，实现自来水收费管理的电子化、信息化、网络化已成为可能。水表系统的智能化可以大大提高供水管理部门的工作效率并有助于节约费用、改善供水设施、提高居民饮水质量；同时还能为加强自来水使用的监督管理提供手段，从而在技术上为节约用水合理用水创造条件。微电子技术和计算机技术的不断发展，引起了仪表机构的根本性变革，以微型计算机（单片机）为主体，将计算机技术和
12、检测技术有机结合，就组成了新一代“智能化仪表”，智能化仪表在测量过程使用自动化技术。智能仪表不仅能解决传统仪表不易或不能解决的问题，还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。随着科学技术的进一步发展，仪表的智能化程度将越来越高。我国目前智能水表新产品开发基本上是借鉴国外先进模式，因为国外在此方面的研究设计起步较早。例如ABB公司的KENT水表采用充电电池，具有按键读数、可以显示日期时间及各户用水量，兼有机械式与电子式读数功能，而且还配有IBMPC兼容机接口，可以进行电话通信；德国Sameco公司的新型水表可显示上一年与本年度用水量以及日期与时间等，并开发了电卡
13、式水表；此外，日本、以色列等国也相继推出自己的新产品。国内的一些企业也对多种智能化水表系统作了研究，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产。从国内外水表行业的目前情况以及水资源的可持续性发展目标来看，我国的传统水表必须进行改进，才能适应社会和经济的发展。目前，国内企业与研究机构主要致力于智能网络远传水表和智能卡式水表系统方面的研究开发。由于智能网络远传水表系统需要配套远传通信网络支持，其初期投资大，因此只适用于一些新建住宅小区，在小区内组成相对独立的小网；而后者采用先付费后用水的管理模式，在当前收费困难、人工抄表效率低下的情况下，更能获得供水管理部门的青睐。1.智能网络远
14、传水表系统就目前来讲，智能网络远传水表又可分为分线制集中抄表方式和总线制智能抄表方式。（1）分线制集中抄表方式各种分线制集中抄表方式的基本原理大致相同，即由采集器定时顺序采集来自多路分户线的水表信号，并进行数据处理、存储。各采集器之间采用总线制连接，最后连接到计算机。其典型特点是各户表通过分户线连接至采集器。分线制集中抄表模式从技术上讲较成熟，也节约成本（多户表共享一个采集器），但从实际情况看，分线制集中抄表模式存在如下缺点：1）由于每次水表的计量信号是通过分户线穿越较长距离到达采集器，中途任何一个环节出现疏漏都将使采集器采集不到数据，而且铺设分户线不仅使安装任务繁重，也存在许多隐患：短线、断
15、线等。错综复杂的线路更使得维护工作困难重重。2）采集器均安装于现场，需专业人员调试系统并定期巡视维护，专业队伍日益“壮大”，维护费用也相应剧增。3）分线制集中抄表模式的风险不仅仅是各表风险的简单累加。如果采集器掉电或出现其他严重故障则会使该采集器上的所有户表数据丢失，集中抄表的风险无法有效分散，与测控系统强调的集中管理、分散控制的分布式设计思想相违背。（2）总线制智能抄表方式由于总线制智能水表采集、计数工作单元均安装在智能水表内并密封，表的数据采集、处理、存贮等基础工作全由智能水表本身完成，手抄器或电脑不参与底层数据采集，仅进行通讯联系，消除了外界因素对计量的影响。另外因智能水表引出的总线通/断不影响单表数据采集和保存（仅影响本表数据的读出），也不影响其它水表数据的读出，即使本次读数时该表总线出现故障，只需重新挂接好总线，无需重新置数，水表的真实读数仍可继续读出，其安全性、稳定性是比较可靠的。但由于是单表内设置单片机和后备电源，因而成本较高，推广普及较慢。由于各表输出的总线只需挂接，可以减少分线制抄表方式大量烦琐的布线、系统调试任务以及后期使用过程中线路、系统维护等繁重劳动强度，也方便高层次设计如网络结构的设计、与其他系统（如安防、照明、空调、消防）共享开放式网络的设计，进而为用户提供完善、综合的配套服务。
