毕业论文-一款使用IC卡的智能水表的设计与实现

1、大连东软信息学院本科毕业设计（论文）论文题目论文题目：一款使用IC卡的智能水表的设计与实现系 所：电子工程系 专 业：电子信息工程（微电子制造方向） 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 导师职称：讲师 完成日期：2014年 4月 28日 大连东软信息学院Dalian Neusoft University of Information毕业设计（论文）题目：一款使用IC卡的智能水表的设计与实现设计（论文）的基本内容： 本文介绍了一种基于单片机的IC卡智能水表，本设计是以数字集成电路技术为基础，以STC12C5A60S2单片机为核心，软件、硬件相结合，组成基于IC卡的智能水表、实现了用水量统计功能、

2、自动供停水功能、显示功能、报警功能、掉电自动保护数据功能及一户一卡功能。此方式采取由用户自行到自来水管理部门预购自来水的方式，同时“一卡通”的设计可以促进一体化的物业管理，不但使物业管理更加人性化，同时也使节约水资源的科学管理更加方便，既解决了传统收费方式所带来的人工和社会问题，并且IC卡智能水表使用方便，安全可靠，用户可以直观地了解用水情况，因此，研制一种低功耗、计量准确的智能水表显得极为重要。毕业设计（论文）专题部分：题目：设计或论文专题的基本内容：学生接受毕业设计（论文）题目日期 第 1 周指导教师签字：年 月 日大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 IV一款使用IC卡的智能水表的设计

3、与实现摘 要随着工业化的发展，传统的水费收取方式不能满足社会的发展步伐，因此，一款基于单片机的IC卡智能水表的设计满足了人们的需求。它可以彻底改变自来水的收费方式，实现管理现代化。本文介绍了一种基于单片机的IC卡智能水表，以数字集成电路技术为基础，以STC12C5A60S2单片机为核心，软件、硬件相结合，组成基于IC卡的智能水表、实现了用水量统计功能、自动供停水功能、显示功能、报警功能、掉电自动保护数据功能及一户一卡功能。采取由用户自行到自来水管理部门预购自来水的方式，同时“一卡通”的设计可以促进一体化的物业管理，不但使物业管理更加人性化，同时也使节约水资源的科学管理更加方便，既解决了传统收费

4、方式所带来的人工和社会问题，而且IC卡智能水表使用方便，安全可靠，用户可以直观地了解用水情况。因此，研制一种低功耗、计量准确的智能水表显得极为重要。本设计分为两个部分，硬件部分和软件部分。硬件部分介绍了IC卡智能水表的设计，单片机STC12C5A60S2的功能及其在电路中的作用。软件部分：在了解电路设计原理后，根据原理和目的画出电路流程图，编写程序。本系统主要包括水流量检测模块、LCD显示模块、IC卡读写模块、数据存储模块及电磁阀控制模块等五个部分组成。关键词：智能水表，STC12C5A60S2，数字集成电路，IC卡大连东软信息学院毕业设计（论文） AbstractDesign and Imp

5、lementation of a Intelligent Water Meter Based on IC Card AbstractWith the development of industrialization, the traditional way to collect water does not meet the pace of social development, therefore, a single-chip IC card smart meter-based on design to meet the peoples needs. It can completely ch

6、ange the way water charges, modernize management.This paper describes a microcontroller-based on IC card intelligent water meter, the design is a digital integrated circuit technology as the basis, STC12C5A60S2 microcontroller core, software, hardware combine to form smart meter IC card-based, stati

7、stical functions to achieve the water automatic functions without water supply, display, alarm function, automatic power-down data protection features and a one card function. This approach taken by the user to pre-tap water management approach, while card design can contribute to the integration of

8、 property management, property management not only more human, but also to save water resources science and management more convenient, both solve the traditional charging method brought labor and social issues, and IC card smart meter easy to use, safe, reliable, user can intuitively understand the

9、 water situation, therefore, the development of a low-power, accurate measurement of the smart meter is extremely important .The design is divided into two parts, hardware and software components. One section describes the hardware design, microcontroller STC12C5A60S2 IC card smart meter functionali

10、ty and its role in the circuit. Software part: after understanding the circuit design principles, based on the principles and objectives of the circuit to draw flowcharts, programming. The system includes water flow detection module, LCD display module is composed of five parts, IC card reader modul

11、e, data storage module and solenoid valve control module.Key words: Smart water meter, STC12C5A60S2, Digital integrated circuits,IC Card大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录目 录 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc386405069 h IAbstract PAGEREF _Toc386405070 h II第1章 绪 论 PAGEREF _Toc386405071 h 11.1 研究现状 PAGEREF _Toc386405072 h

12、 11.2 研究目的及意义 PAGEREF _Toc386405073 h 11.3 课题预期成果 PAGEREF _Toc386405074 h 2第2章关键技术介绍 PAGEREF _Toc386405075 h 32.1单片机简介 PAGEREF _Toc386405076 h 32.2 Keil C51编译器 PAGEREF _Toc386405077 h 32.3 接触式IC卡原理 PAGEREF _Toc386405078 h 42.4 水流量传感器原理 PAGEREF _Toc386405079 h 4第3章 系统硬件设计 PAGEREF _Toc386405080 h 53.1

13、 系统结构 PAGEREF _Toc386405081 h 53.2 系统开发环境 PAGEREF _Toc386405082 h 53.3 系统任务的可行性分析 PAGEREF _Toc386405083 h 63.3.1 技术实际应用 PAGEREF _Toc386405084 h 63.3.2 成本估算 PAGEREF _Toc386405085 h 63.3.3 系统的技术支持 PAGEREF _Toc386405086 h 63.4 系统安全和防干扰设计 PAGEREF _Toc386405087 h 6第4章系统设计 PAGEREF _Toc386405088 h 84.1 设计版

14、图 PAGEREF _Toc386405089 h 84.2 设计中涉及到重要器件介绍 PAGEREF _Toc386405090 h 84.2.1本系统单片机的介绍 PAGEREF _Toc386405091 h 84.2.2 24C02接触式IC卡介绍 PAGEREF _Toc386405092 h 94.2.3 继电器介绍 PAGEREF _Toc386405093 h 94.2.4显示器介绍 PAGEREF _Toc386405094 h 94.3 系统硬件电路设计 PAGEREF _Toc386405095 h 104.3.1 单片机最小系统电路设计 PAGEREF _Toc3864

15、05096 h 104.3.2 显示器电路设计 PAGEREF _Toc386405097 h 114.3.3 IC卡读写电路设计 PAGEREF _Toc386405098 h 114.3.4电磁阀控制的设计 PAGEREF _Toc386405099 h 12第5章系统实现 PAGEREF _Toc386405100 h 135.1 软件流程图 PAGEREF _Toc386405101 h 135.2 系统主要程序 PAGEREF _Toc386405102 h 135.2.1 IC卡读写程序 PAGEREF _Toc386405103 h 135.2.2显示驱动驱动程序 PAGEREF

16、 _Toc386405104 h 16第6章系统测试 PAGEREF _Toc386405105 h 176.1 系统软件测试 PAGEREF _Toc386405106 h 176.2 系统硬件测试 PAGEREF _Toc386405107 h 176.3 整体测试 PAGEREF _Toc386405108 h 186.4 本章小结 PAGEREF _Toc386405109 h 18第7章结论 PAGEREF _Toc386405110 h 18参考文献 PAGEREF _Toc386405111 h 20致 谢 PAGEREF _Toc386405112 h 21附 录 PAGERE

17、F _Toc386405113 h 22大连东软信息学院毕业设计（论文）- 第1章 绪 论由于工业自动化的飞速发展，传统的自来水收费方法显得非常的笨拙, 一方面迫使自来水企业必须投入更多的人力挨家挨户的抄表收费, 另一方面又很容易造成用户缴纳水费不是很及时、拖欠自来水费，产生拖欠现象。为了调解这一现象，本文介绍一种新式的IC卡智能水表, 它能够改变传统的自来水的收费方式，实现管理自动化。1.1 研究现状自进入21世纪，“金卡工程”作为我国信息化建设的基础工程已具有一定成效，经过几年的努力，以金融电子货币为代表的IC 卡技术已进入蓬勃发展时期。随着信用卡、电话卡、就餐卡的普遍应用，IC 卡已加速

18、我国金融现代化步伐,取得了初步的社会和经济效益，且必将得到越来越广泛的应用，从而提高社会运作效率，方便人民工作生活。具现阶段调查，我国的水表普遍采用的是普通机械旋翼湿式水表，此水表有着缴纳水费周期长、收取费用较困难、工作效率低等一系列缺点。伴随科技的逐渐先进，人民生活水平的不断提升，人们开始追求住宅智能化，IC卡智能水表的出现满足了用户预付费的用水收费需求。此方式采取由用户自行到自来水管理部门预购自来水的方式，同时“一卡通”的设计可以促进一体化的物业管理，不但使物业管理更加人性化，同时也使节约水资源的科学管理更加方便，既解决了传统收费方式所带来的人工和社会问题，并且IC卡智能水表使用方便，安全

19、可靠，用户可以直观地了解用水情况，由此可知，研发一种功耗低、计量准的智能化水表显得尤为重要。1.2 研究目的及意义全球水资源越来越紧张，为了节约水资源，对用水量进行一定的控制是十分必要的。我国自来水行业飞速发展，从很多大城市的集中给水，至一些偏僻的缺水农村供水，都存在着水费收取困难的问题，或是供水量的掌控问题。这种种的困难，是一直困扰供水公司亏损原因的一种。早期水费收取是由人工先到家中看水表再根据水表的数据收费的方式。这样的管理模式不仅产生了一笔不小的企业成本（如大量人力的工资），还形成了企业投入资金不能及时收回的困难局面。因此更好的解决自来水计量收费难题，需要找到一种更适合中国现阶段国情的正

20、确办法。鉴于上述原因，本次设计选择以IC卡智能水表为课题。IC卡智能化水表指使用现有的微电子技术、传感技术和智能IC卡的相关技术对水量和用水数据传输及结算的自动化水表。由于产品体积小、高度集成的自动化IC卡智能水表，从而达到精准测量和控制用水的目标，这与早期水表仅仅具有流量收集和机械指针表现水量的功能相比，是一个跨时代的进步。因为IC卡可以进行数据传递和交易结算，所以可以改变工作人员亲自上门查电表的工作方式。IC卡交易平台有着交易方便 、准确，可通过银行进行网上付费的特点。IC卡智能水表，买卡用水的一体化收费方式，以节省大量的人力，并解决供水企业的长期自来水业水的欠款问题，直接给供水企业带来了

21、客观的经济效益。因此，本设计的选取具有现实的经济意义。智能卡水表是一种嵌入式智能水表的预充电系统，它使用集成安全技术为核心，具有自动保护和信息加密功能。IC卡和卡表信息进行加密，使系统不易被模仿和非法使用。1.3 课题预期成果数字集成电路技巧为设计基础，用STC12C5A60S2单片机作为中心，软、硬件相互组合，组成以IC卡为媒介的智能水表、实现统计使用水量的功能、自动开关水阀功能、显示用水相关数据功能、超额报警功能、停电自我保护用户数据功能及实现一家一卡。本设计基于接触式IC卡为媒介，在输入表控制系统的各种信息的自动切换阀 (给水或关闭水)，用户先到自来水公司网点先支付一定得水费，再将预购的

22、水量经IC卡输入水表的控制系统中，直到预付的水费花光系统会自动关闭水阀并中断供水，当用户购买的水量用完报警器会自动报警提醒用户够水，与早期抄表收费相比，“先支付水钱、后使用水”的模式，对收费企业的资金回收有很大帮助，并减少了人力资源，节约不必要的人力开支。预期成果是用户先去办理一张水卡（即IC卡），并将预付的水钱输入到卡中。用户将IC卡插入水表，卡表内系统识别IC卡读取卡中数据，并将卡中的数据和水表中的数据相加，输入到表的存储系统中，并清除卡中的充值数据。如用户开始用水，流量传感器会采集水流信号以脉冲方式控制单片机的中断，开启单片机，处理用水数据。水流过水表的过程中，卡表内存储的水量会慢慢减少

23、。如果剩余的水量小于预定的值，如5m3，卡表的报警系统会提示用户区预存水费。如果存储的水用光，单片机将会自动关掉电磁阀。用户只能通过再次购买水量来打开阀门用水。该系统主要包括水流量检测模块、液晶显示模块、IC卡读写模块、数据存储模块和电磁阀控制模块这五个部分组合。大连东软信息学院毕业设计（论文）第2章关键技术介绍2.1单片机简介单片机全称单片微型计算机，典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），缩写MCU表示单片机，它不是用来完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），

24、和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。 汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作。单片机的数量远远超过PC机和其他计算机的总和。2.2 Keil C51编译器Keil C51是德国Keil software公司出产的51系列兼容单

25、片机C语言软件开发系统。Keil开发工具支持8051微控制器体系结构，适合各个阶段的开发人员，无论是专业的开发工程师，还是刚接触嵌入式软件开发的学生。标准的Keil C编译器、宏汇编器、调试器、实时内核、单板计算机和仿真器，支持所有的251系列微控制器。KEIL C51是嵌入式软件的开发工具。开发项目时，仅需要简单的在设备数据库中选择使用的设备，uVision IDE将设置好所有的编译器、汇编器、链接器和存储器选项。包含大量的例程，可以使用最流行的嵌入式8051设备。Keil Vision调试器准确地模拟8051设备的片上外围设备（IC、CAN、UART、SPI、中断、I/O端口、A/D转换器

26、、D/A转换器和PWM模块）。模拟硬件配置，避免在安装问题上浪费时间。此外，使用模拟器可以在没有目标设备的情况下编写和测试应用程序。当准备在目标硬件上测试软件应用时，可以使用MON51、MON390、NONADI、或者FlashMON51目标监视器、ISD51 In-System调试器、ULINK USB-JTAG适配器在目标系统上下载并测试程序代码。2.3 接触式IC卡原理IC卡的简称是集成电路卡（Integrated Circuit Card），是镶嵌集成电路芯片的塑料卡，它的尺寸遵循国际标准（ISO/IEC 7816，GB/T16649）。内存芯片是不易挥发性的存储器（ROM、EEPRO

27、M）、保护逻辑电路、甚至有微处理器CPU。真正的智能IC卡是有CPU的。本设计采用集成电路模型24C02，具有256字节的非加密卡，只有读、写两种操作。IC卡的分类：（1）非加密存储器卡：EEPROM是卡内的集成电路芯片，有数据存储的功能，没有数据处理、硬件加密的功能。（2）逻辑加密存储器卡：增加了逻辑电路加密，通过校验密码的方法来保护卡内的数据是否可以对外开放，安全保护水平很低，不能防止恶意攻击。（3）CPU卡：也称智能卡，卡内的集成电路存在微处理器CPU、存储单元（包括程序存储器ROM（FLASH）、随机存储器RAM、用户数据存储器EEPROM）和芯片操作系统COS。装有COS的CPU卡相

28、当于一台微型计算机，不仅具有数据存储功能，同时具有命令处理和数据安全保护等功能。2.4 水流量传感器原理水流量传感器主要用于电热水器、洗衣机、饮水机、卡管理系统、智能水表、水处理设备、仪器、药品（制剂）设备等。该传感器是水流成线性正比于流过输出脉冲信号和流量传感器，以实现水资源管理和测量控制。传感器可分脉冲式水流传感器和信号开关式水流传感器，二者从水流量的感应来输出信号，使用磁场的磁性的感应控制芯片发生信号，从而实现水控或是水流量计量。水流开关和流量传感器，都是水控制的好帮手。水流脉冲信号传感器指经过对水流量的感应来输出脉冲信号或电压、电流等信号的水流量感应仪器，这样的输出信号与水流量成线形比

29、例，有相应的换算公式和比较曲线。水流传感器的作用：循环设定动作流量，流量控制准确，水流显示和流量累积计算。可做水流控制管理和计算，可成为水流开关，也可用于流量计算用作流量计。水流传感器可以与控制芯片、单片机，还有PLC组合使用。开关信号水流传感器的谁感应开关通过对水流的感应输出开关的信号。主输出开关信号，具体分成常闭型和常开型，用来作水流监控。水流开关应用在和中间继电器一起组合水控系统，谁用简便、有着无功耗的优点。大连东软信息学院毕业设计（论文）第3章 系统硬件设计3.1 系统结构数字电路作为本次设计的基础，核心是单片机，软、硬件结合，组成基于IC卡的智能水表、实现了用水量统计功能、自动开关水

30、阀功能、显示数据功能、报警提示功能、停电保护数据功能及一家一卡功能。本设计主要实现了一个使用IC卡的智能水表的设计，MCU采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器，加上外围电源时钟电路、实时时钟模块、水量检测模块、LCD显示和声光提示模块及电磁阀控制模块组成。STC12C5A60S2单片机完全兼容8051系列单片机，系统资源十分丰富，完全满足本系统设计需要。系统通过I2C总线操作IC卡，对其内的数值进行更改操作，用于模拟水量的使用；通过对通水的电磁阀进行控制，进而实现对进水进行控制，当欠费的时候，应关闭电磁阀停止供水；用流量传感器用于记录水的流量，进而用于计算用水体积，方便对水费进行计算

31、。蜂鸣器、LCD1602显示屏、实时时钟的控制是使用单片机的IO管脚的TTL电平来驱动的。此单片机除电源、晶振与地端以外，其他管脚可直接和功能模块的驱动管脚直接相连。该系统的结构框如图3.1所示。图3.1 系统结构框图3.2 系统开发环境 操作系统： Window 7软件编辑工具：Keil uVision4画图工具：Altium Designer Release 10硬件控制器：STC12C5A60S23.3 系统任务的可行性分析3.3.1 技术实际应用本设计使用流量传感器用于记录出水量的大小，进而实时改变水的剩余值，当水量减小到一定值时，系统的蜂鸣器进行声音报警提示，提示用户购买水量，用户拿

32、着自家的IC卡到充值处进行充值，然后回家后把IC卡插入插槽，然后点击充值键，然后就可以把IC卡中的水量加到系统中，同时，系统要把IC卡内的水的余额应该清零。该案例贴近生活实际，通过该案例的研发，可以深入了解IC卡的读写操作，通过流量计数器的实现来计算流量的大小，这些充分显示了该毕设所用技术的实用性。3.3.2 成本估算STC12C5A60S2单片机作为本系统的微控制器，该单片机LQFP44封装的市场价格很低，流量传感器模块也就几十块，显示部分的LCD1602市场价格十几块钱，IC模块大约8元左右，因此系统的成本是很低廉的，而且系统也能满足我们对设计的要求，以最低的成本打造最佳的系统。3.3.3

33、 系统的技术支持本系统所采用的关键技术包括水流量传感器读取电路的系统实现，IC卡读写模块、实时时钟模块的实现及各功能模块的主逻辑芯片的时序控制，可以从相关资料中找到一些知识，分析理解有关问题的解决，因此通过熟读这些技术文档就可以掌握本设计涉及的各项技术。我们学习过模拟电路、数字电路等课程，这些课程的学习为毕业设计的实现打下了扎实的理论基础，所以，项目的设计是可以实现的。3.4 系统安全和防干扰设计作为系统的安全方面，软件和硬件上都应该采取相应的措施。从硬件的角度来讲，要有一定得抗干扰能力，本设计从两方面来作抗干扰设计，如电磁干扰。或提高系统软件的抗干扰设计，让系统在有干扰的情况下，依然能正常的

34、完成工作。如最好不要多次反复的开关，做到用时开，不用就要关闭；保护CPU不被干扰，采取顺序弹飞时只能依然可行的软件保护措施。本文设计的智能水表从管理上讲对用户实行“先买水后用水”预付费管理方式，符合我国的基本国情，有很强的适用价值。售水用IC卡的安全性：用户卡在每次购水时，将数据以动态密码的形式对IC卡进行认证，卡表内的加密与解密程序读取IC卡信息后，进行逆向处理，达到解密目的，然后对数据进行相应处理。运用这样的方式，能够有效的保护IC卡的数据不被泄露，和恶意更改，达到安全的效果。表内数据的安全。数据安全有三种保护措施：其一，认证IC卡的有效性：卡表系统识别磁卡是否有效，按特定的程序和IC卡进

35、互相传输，读取数据，表内的信息输入到IC卡中。设定读写安全保证此卡和此表只能两者相互识别。其二，放置随意开关：如果有人不是正当途径开启水表，相连的IO信号由高到低开始触发，程序开始记录此项操作，马上将开关关闭。必须得到供水公司的管理人员处理才能解除水系统的关闭状态。其三，避免人为干扰装置：如果故意将磁铁作为干扰工具，卡表将自动关闭阀门，并记录有关信息，只能由自来水公司选择开关供。供水公司可以通过系统记录来检测是否有偷水的非法行为。大连东软信息学院毕业设计（论文）第4章系统设计4.1 设计版图PCB版图设计，利用事先构思好的原理图，进行分析，进行DRC检查。对各个元件进行建立。最主要的是规则的设

36、置，进行线宽、线距、层定义、过孔、全局参数设置等。根据印刷板结构尺寸画出边框，按照原理图进行布局，检查布局情况。并开始布线检查布线是否符合电路模块要求，修改布线，以求达到标准。最后，铺铜和补铜，进行连线，连通性，孤岛，间距，文字标示检测，修改达到标准。检查完毕后，生成底片去找厂家生产。图4.1是本次设计的PCB版图：图4.1 完整PCB版图4.2 设计中涉及到重要器件介绍本次设计涉及到了几个主要的模块，IC卡系统，单片机，继电器和显示器等。4.2.1本系统单片机的介绍本设计采用STC12C5A60S2系列单片机，是单时钟/机器周期（1T）的单片机，是新一代的8051单片机，有着高速、低功耗、超

37、强抗干扰能力。工作电压为5V；工作频率035MHz；有EEPROM功能，看门狗功能；片上集成1280字节RAM；通用的I/O口，复位后为：准双向口、弱上拉，可设置成四种模式：准双向口、弱上拉，推挽、强上拉，仅为输入、高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。工作温度范围：-40 - +85(工业级) / 0 - 75(商业级)21.封装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口,还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信，还多了串口

38、。图4.2是所用单片机的展示。图4.2 单片机展示4.2.2 24C02接触式IC卡介绍使用接触式的IC卡时，利用有形金属的电极将卡的集成电路和外部电路的接口相连，连接电源使IC卡进行数据转换。他的特点是卡的表面上有很多的金属触点。接触式IC卡是通过自身表面的金属触点与集成电路相接，通过集成电路提供的工作电源，通过串行模式和读写器进行数据转换。接触式IC卡接口基本功能：（1）实现与卡的数据交换，并提供相应控制信号；（2）经金属触点向卡体支持电源和时钟；（3）IC卡用插拔的方式进行识别操作，可以不带电的进行控制；（4）为加密数据系统提供相应加密解密处理及密钥管理机制；（5）供应外部信息，和相关设

39、备进行数据转换。4.2.3 继电器介绍继电器就是线圈和触点的组合，它可以是控制系统与被控制系统产生关系。在自动化电路控制电路中得到应用。继电器在电路中用长方框标示线圈；一组触点符号用来标示触点组。如果电路中触点不多直接将触点组画在线圈框的一边，这是集中表示法。继电器起到隔离的功能，这种元件应用很广泛，例如遥控器，电力电子设备等，是很重要的元件。继电器作为输入变量的感应部分，能对被控电路进行通、断的执行，在输入和输出之间进行耦合隔离，一些功能的处理对输出做驱动。4.2.4显示器介绍本设计利用显示器是用来显示水表工作时的一些数据的显示，例如卡表的余额，还有在水流过程中消耗钱的过程。这样能更直观的显

40、示IC卡水表在使用中的相关数据的转换。我选择了一个工作电压5V的显示器，这个电压在设计中先对是方便调节的，本次使用的显示器可现实16x02即32个字符。可以提供清除，显示移位等控制功能。4.3 系统硬件电路设计该系统的硬件电路；单片机的最小系统设计、显示电路设计、IC卡读写电路设计、流量模块和继电器控制模块。4.3.1 单片机最小系统电路设计单片机最小系统是单片机能正常工作的基本电路，由单片机、复位电路、晶振电路构成如采用的不是带内部ROM的单片机还需要有外部ROM扩展电路。如图4.4所示。图4.4 STC12C5A60S2单片机最小系统这是一个上复位的电路。复位电路就像是电脑的重启系统。如果

41、电脑死机，触发重启电脑的程序就可以从新执行，就是整个原理，单片机受到干扰后按下复位程序就会从头开始运行。在单片机中，系统开启电源会复位一次，按下复位时还会再次重启系统，如果按下抬起在按下，依然会重启。可以通过按键的开闭来控制系统的复位。上电复位：STC89系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。4.3.2 显示器电路设计LCD1602的显示电路如图4.5所示。图4.5 LCD1602电路

42、原理图引脚1接地电源，2接5V电源，引脚3为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生鬼影，接入10k的电位器来调节显示器的对比度。引脚4RS为寄存器，高电平是数据寄存器，低电平时指令寄存器。引脚5是R/W为读写信号线，高电平读，低电平写。当RS和R/W都是低电平可以写入指令或显示地址。若RS为低电平R/W为高电平读信号，RS为高电平R/W为低电平时写入数据。6引脚E为使能端，当E端由高电平变为低电平，显示模块执行命令。4、5、6分别接单片机的P12，P11，P10。714引脚是液晶的数据总线用了传输数据/命令，接到单片机的P0口，在他们之间加上10K的

43、上拉电阻使传输的数据更加稳定。15背光源正极，16背光源负极。4.3.3 IC卡读写电路设计本系统使用的接触式IC卡为24C02，系统通过IC_SDA，IC_CLK两个IO模拟I2C总线对本IC卡进行读写操作。如图4.6所示。图4.6 IC卡读写电路4.3.4电磁阀控制的设计电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔连接不同的油管，腔中间是活塞，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来开启或关闭不同的排油孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置。这样通过控制电磁铁的电流通断

44、就控制了机械运动。具体电路图如下图4.7所示。图4.7 继电器驱动电路电磁阀的通断电源是12V，上图继电器作为开关。设计中还运用了MOS管作为开关，用 HYPERLINK /search?word=MOS%E5%9C%BA%E6%95%88%E5%BA%94%E7%AE%A1&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank MOS场效应管来代替开关 。本设计中采用光耦和mos管的组合用作控制12V电源是否供电的开关。GIO是用来控制TLP181光耦的通断，当GIO为低电平时，光耦导通，即R91电阻相当于对地导通，故S极和G极直接产生压差，使MOS管导通，故源极S和漏极D导通

45、，即标号VCC12V_OUT1为12V，当GIO为高电平时，源极、漏极截止，没有12V输出，故该设计中的mos管FDS4435起到了开关作用。第5章系统实现5.1 软件流程图软件控制流程图如图5.1所示。图5.1 软件控制流程图系统中包含按键对系统参数进行相关设置，实时时钟可以实现每月定时蜂鸣器提醒用户充值，继电器及mos管相关电路用于实现电磁阀的控制，I2C总线驱动用于实现24C02 IC卡的操作，LCD1602用于显示系统的当前进程、相关参数及系统状态。5.2 系统主要程序主要对IC读写程序和显示器驱动程序进行简单介绍。5.2.1 IC卡读写程序 IC卡的读写上主要是有充值，和读取余额，充

46、值成功几个程序的操作。分为三个按键进行操作。下面简单的介绍下充值的过程，当我们插入IC卡接通电源时候，我们按下2按键显示上会显示卡中的余额。代码如下：if(nADValue3300)/按键2读卡余额while(nADValue4500)ShowADResult(3);i2c_serread(I2CBuf, 0, 6);SendData(I2CBuf0);SendData(I2CBuf1);SendData(I2CBuf2);SendData(I2CBuf3);SendData(I2CBuf4);SendData(I2CBuf5);nTempInt = I2CBuf5;sprintf(strDi

47、splayLine2,Card Has:%03dYUAN ,nTempInt);w_string(0 xC0,strDisplayLine2);当我们为IC卡充值的时候，按下3键就会将充值的数额累加到余额上，同时将IC卡的数额清零，所有的余额存储到水表的内存中。if(nADValue3725) /按键3while(nADValue4500)ShowADResult(3);i2c_serread(I2CBuf, 0, 6);SendData(I2CBuf0);SendData(I2CBuf1);SendData(I2CBuf2);SendData(I2CBuf3);SendData(I2CBuf

48、4);SendData(I2CBuf5);if(I2CBuf0=0&I2CBuf1=0&I2CBuf2=0&I2CBuf3=0&I2CBuf4=1)sprintf(strDisplayLine2,%s,Money In Success);w_string(0 xC0,strDisplayLine2);nLeftMoney = (BYTE)nLeftMoney)+I2CBuf5;/累加金钱bChanged=1;I2CBuf0 = 0 x00;I2CBuf1 = 0 x00;I2CBuf2 = 0 x00;I2CBuf3 = 0 x00;I2CBuf4 = 0 x00;I2CBuf5 = 0 x0

49、0;/钱清零i2c_serwrite(I2CBuf, 0, 6);elsesprintf(strDisplayLine2,%s,User ID is Error);w_string(0 xC0,strDisplayLine2);LED1 = 0;LED2 = 0;LED3 = 0;LED4 = 0;delayS(1);LED1 = 1;LED2 = 1;LED3 = 1;LED4 = 1;NoPowerBuzzerBeep();/RELAY = 0;/GIO = 0;/NoPowerBuzzerBeep();5.2.2显示驱动驱动程序LCD1602驱动程序是本设计用到的一个比较基础的驱动程序，

50、下面简单的写出了关于程序都构建和一些相关的说明。对于本驱动程序还有对于一些信号的判断程序就不一一列出。LCD1602驱动程序：#ifndef_LCD1602_H_#define_LCD1602_H_#include#includedelay.h/lcd1602管脚定义#defineLCD_DataP0/第714脚：D0D7为8位双向数据线#defineBusy0 x80/用于检测LCM状态字中的Busy标识sbitLCD_RS=P20;/寄存器选择位，将LCD_RS位定义为P2.0引脚sbitLCD_RW=P21;/读写选择位，将LCD_RW位定义为P2.1引脚sbitLCD_E=P22;/使

51、能信号位，将E位定义为P2.2引脚sbitBF=P07;/忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚 大连东软信息学院毕业设计（论文）第6章系统测试作品完成后，对所有电路进行全面检测，确保制作的功能全部实现。测试主要是针对软件代码和硬件的电路进行测试。代码的编辑确保指令的准确运行，硬件的测试是结合代码对硬件的性能进行测试，让两者协调的进行工作。6.1 系统软件测试 软件调试由Keil uVision4软件完成，对程序中的语法进行改错，软件可以帮助我们查找错误，并且协助修改。再次进行编写，生成HEX文件，下载到使用的主芯片中。通过多次的修正、编写、连接后，仿真软件里的功能得到实现了。验证串口程序的完

52、善性，不仅要连到单片机上，还要利用串口工具。要对每一段代码进行反复的检查，看是否存在语法的错误，并且连接到硬件上，看硬件是否按照要求进行指令操作。如出现错误，分析出错的位置，逐句的分析，哪里存在逻辑上的错误。有的时候错误的出现不是提示的代码行，这要求我们善于分析，上下结合的分析，每段代码的连接问题。利用断点和单步的方法进行调试。这个时候还可以发现是不是硬件系统是不是存在错误和软件算法上的错误。等到所有模块调节完后再进行系统程序的联调。加入这时候出现错误，检查算法上的问题、参数上的正确性。通过以上不同阶段的测试，初始状态、进入系统测试、各传感器灵敏度测试功能的测试，所有功能都达到预期的设想。6.

53、2 系统硬件测试硬件调试可以分成几个步骤来进行。检测电路：在电路组装好后，检查电路的连线是否存在错误方可通电。依照电路图，按顺序进行检查。电源要特别注意电源是不是接错了，是否存在短路、断路。各个引脚是不是接好，器件是否松动，焊点有没有出现问题。通电观测：电源电压的值一定好调好，确保电路没有短路，一切正常才可以通电。电源插好后，观察有没有异常现象。如果发热冒烟，有异味，等。应立即关闭电源，开始排查电路问题，问题解决后才再次打开电源进行调试。再利用仪器测各个集成电路是否正常，确保电路通电正常工作。静态测试：加输入信号，测各级直流电压和电流工作情况。直流电压可以直接测试。电流的测试有两种方法。如果电

54、路板上留有测试点，可串上电流表直接测出电流值，再焊接好。若没有测试孔，可以测直流电压，根据电阻计算。一般对晶体管和集成电路进行静态测试。动态测试：加输入信号，检测输出信号。调整交流电路的通路元件。如电感、电容。使电路的各项参数达到标准。输入信号时周期信号，用示波器观察信号。数字电路希望电路发生一次性变化，并不是周期性的。因此，输入信号应为单阶跳跃信号即开关信号，观察电路的逻辑变化。指标测试：当所有测试结束后，针对设计要求进行测试，记录数据，分析数据，作出最后结论，确定符合设计要求。不符合支出，应仔细检查，改正参数，调整电路，以达到理想效果。6.3 整体测试软件系统的调试采取断点和连续运行的方法

55、来调试，与硬件各个程序相关联。将软硬件结合，一部分一部分的进行调试，让软件和硬件的运行符合输入的命令，解决系统总体运行时软件和硬件之间是否协调。如果发现了问题，看软硬件出现问题的具体位置，分析出错的原因，找到解决的办法。调试完成后，确定准确，将程序固定到系统中，系统就可以自动的完成指令，进行工作。6.4 本章小结本章主要介绍软件和硬件的调试，整个系统能否正常的运行，调试时至关重要的。通过本章可以了解调试的过程。对于软件的调试很重要，这关系到命令的完成是否符合要求，能否达到预期的目的。第7章结论 将IC卡智能水表作为我的研究课题，主要是因为这个课题感觉上比较新颖，对生活上有很大的帮助，很接近我们

56、的生活。从选题到现在已经差不多有三四个月了，期间为了了解这方面的只是，查阅了很多的资料，做了很多次实验，不断的探索这其中的规律。从中学会了很多东西，体会到了从开发一个项目，到完成项目的经过，和那份完成项目后内心喜悦的经历，感觉特别的满足。这对我今后的工作有很大的帮助。在选题的初期，对于项目的研究防线还不是很确定，经过老师的帮助确定了研究的大方向，结合老师对此项目的了解，加上社会上对这个课题的研究也是很多，而且其中涉及到的知识很广，可以结合自己的知识，再经过不断的自我研究，解决一些课题的一些问题，更好的把握好研究的主题。课题真正开始着手去做的时候，主要是翻译一些英文的文档，申请课题和写开题报告。

57、详细的了解项目的相关知识和设计材料，构思设计的总体思路。这些是课题的开始，也是很关键的阶段，影响到以后的设计，通过阅读大量的英文资料和我国现有的材料让我感到很大的压力，对于嵌入式英文是很重要的，良好的英语阅读能力是必不可少的。掌握了可以的思路开始动手制作，对软硬件开始进行编辑，结合课上学习的电路知识设计电路，写一些程序代码实现所需的功能。这些是最费时的。硬件上要不断的更改电路保证电路准确无误。软件写完后要反复的测试。是否能够和硬件一起完成想要完成的任务。对于这些知识，我的知识还是不够完善，经过老师的帮助和自己不断的学习，一点点的攻克遇到的难题，增长了自己的实际工作能力。总结设计，发现自己的不足

58、之处还是很多，对软件和硬件的了解上还是有很多的不足，以后还要不断的努力。在IC智能水表方面，还有很多东西可以去研究。并且可以通过此项研究扩展到别的方面比如煤气水电等。将来要做的研究还是很多的。参考文献1何少林住宅给水排水新技术研究D，重庆大学，20022李群芳，张士军，黄建单片微型计算机与接口技术M，电子工业出版社，20053刘文涛单片机应用开发实例M，清华大学出版社，20054张培仁，高修峰十六位单片机微处理器原理及应用M，清华大学出版社，20055刘守义 等单片机应用技术M ，西安电子科技大学出版社，20026雷思孝 等单片机原理及实用技术M，西安电子科技大学出版社，2004 7何宏，龚威

59、，田志宏单片机原理与接口技术，国防工业出版社2006 8曹天汉，傅卫卫单片机原理与接口技术，电子工业出版社2003 9美德兰佐微机接口技术实验教程(英文版)，机械工业出版社2004 10胡烨，姚鹏翼，江思敏Protel 99 SE电路设计与仿真教程M，机械工业出版社，200511曹薇，谢云敏单片机原理及应用M，中国水利水电出版社2004 12Guiyun TianFoundation and Application of Microcontroller，高等教育出版社200413 张晓勤 等基于LSD4F8108的IC卡智能水表设计J,机床电器，2010 14 朱乾锋浅谈一卡通技术J，科技创新

60、导报，200915 韩桂利IC卡智能水表的设计J，天津职业院校联合学报，2007 16 陈军论继电器在电气工程及其自动化低压电器中的应用J，赤子，201317 骆晓等单片机在万年历中的应用设计J，电子技术，2010年 1819 黄辉基于CCD相机的中远距离位移距离测量平台的设计D，广东工业大学，201220 王云平新型智能家用水表控制器与电控阀的研究与开发D，上海大学，2005致 谢对这么长时间的设计研究，不但有我大学四年的知识，还有平时不断翻阅资料，学习软件和硬件的设计知识。这些都离不开老师对我的谆谆教诲，对此我最应该感谢的是我的导师杨德超，这么长的时间里，他面对我无数次的疑问，不厌其烦的指