重硬件——基于单片机的智能水表的设计毕业设计.doc

重硬件——基于单片机的智能水表的设计毕业设计 目 录 摘 要 I Abstract II 目 录 1 第1章 绪论 1 1.1课题背景及意义 1 1.2 传统水表 2 1.2.1 传统水表的主要结构 2 1.2.2 传统水表的主要特点 2 1.3 智能水表 2 1.3.1 智能水表的特点 3 1.3.2 国内外智能水表的发展现状及发展趋势 4 第2章 智能水表的硬件设计 6 2.1设计思想 6 2.1.1 方案比较 6 2.1.2 方案选择 8 2.2智能水表的工作原理 8 2.3智能水表的硬件结构 9 2.3智能水表各模块芯片及器件的选型 10 2.3.1微处理器的选择 10 2.3.2传感器的选择 13 2.3.3记忆单元组成的选择 17 2.3.4控制阀门的选择 19 2.3.5 IC卡的选择 20 2.4各模块硬件电路设计 21 2.4.1 IC卡读写电路 21 2.4.2 液晶显示电路 27 2.4.3 电源模块 28 2.4.4 单片机模块 30 2.4.5 记忆单元电路 30 2.4.6 电磁阀控制电路的设计 31 2.4.7 电源的设计 33 2.4.8 检测模块的设计 35 2.4.9 报警电路 36 2.4.10防拆电路 37 2.4.11复位电路 37 2.4.12时钟电路 38 2.4.13信号处理模块的设计 39 2.4.14其它模块电路 40 第3章 智能水表的软件设计 41 第4章 关于智能水表的节能及安全问题 43 4.1 IC卡智能水表的低功耗问题 43 4.2 低功耗解决方案 43 4.3 IC卡智能水表的安全性问题 44 4.4 安全性问题解决方案 44 4.5对水表的物理性攻击的防范办法 45 第5章 结 论 46 参考文献 47 谢 辞 48 附录 49 1.相关电路图 49 2.相关程序 51 2.1报警程序 51 2.2蜂鸣器程序 52 2.3时钟程序 52 3.protel电气原理图设计软件介绍 54 3.1 protel电路板设计软件 55 3.2 原理图的绘制 56 3.3 PCB图的绘制 56 4.外文资料翻译AT89C2051单片机简介 59 第1章 绪论 1.1课题背景及意义 随着社会科学技术的高速发展，资源短缺现象日益严重，尤其是与人类生存嘻嘻相关的水资源日益缺乏。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。但是，我国是世界上人均水资源拥有量是分贫乏的国家之一，节约和保护水资源是我国当前一项十分重要的战略措施。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。因此研制一种低功耗、计量精确方便的智能水表显得极为重要。 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湿式水表，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，金卡工程的全面实施，实现自来水收费管理的电子化、信息化及网络化已成为可能。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、节约费用，用以改善供水设施，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，将计算机技术和检测技术有机结合，组成新一代“智能化仪表”，智能化仪表在测量过程自动化。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，建有机械式与电子式读数功能，而且还配有IBM PC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，并开发电卡式水表；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。 1.2 传统水表 传统水表的发展经历了漫长年代，它涉及社会生活的各个方面。它对改善人类生活、促进社会发展和科技进步起到了无法估量