基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计方案
基于P87LPC764单片机的智能IC卡水表
Ｃ Ｔ４ Ｃ Ａ ２ Ｗ ０２存 储 芯 片 。 Ｃ Ｔ ４ Ｃ ２ Ａ ２ Ｗ Ｏ 是 一 个 ２ 串行 Ｃ Ｓ ＥＰ Ｐ 内 部 含 Ｋ ＭＯ ２Ｒ Ｍ 有 ２ ６ 个 ８ 位 字 节 ，ＡＴ ４ Ｃ ２ 有 一 ５ Ｃ ２Ｗ ０
量 脉 冲计 数 ， 个 脉 冲 计 Ｏ１ 水 。 水 量 一 ．ｍ。
产 的 P 8 7 L P C 7 6 4 微 功 耗 8 位 单 片机
， ，
它 是 2 0 管 脚 封 装 的单 片 机 体 积 小 适
合 于 许 多要 求 高 集成 度
，
、
低 成 本 的场
。
合 可 以 满 足 许 多 方面 的性 能 要 求
单 片机 是 智 能 IC 卡 水 表 的 核 心
处 理 来 自各 个 元 器 件 送 来 的讯 息
，
，
用 户若 想继 续 用 水
，
必 须 重 新 向 自来
水公 司 购水
三
、
。
硬 件设 计
电 路 设 计 ：智 能 lC 卡 水 表 数 据 处
理 及 控 制 电路 原 理 图 如 图 1 所 示
，
。
单 片 机 的选 择 及 功 用
，
单 片机 是
智 能 lC 卡 水 表 的 核 心 部 件 经 过 精 心 考 虑 我 们 采 用 P H IL I P S 半 导 体 公 司 生
，
，
。
在
本 电路 中 干 簧 管 K 1 接 在 单 片 机 的 第
8
个管 脚 上 当 转盘 每 转
，
一
圈 安 装在
，
一
计 数盘 位 上 的磁 铁 经 过 干 簧 管
使 其 闭合 即 在 信 号 端 产 生
基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计
基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计【摘要】本文的重点是对新型的IC卡智能水表电路进行设计和研究，它的主要特征是：以STC89C52单片机为核心，可以实现对IC卡的读写，对液晶屏幕的显示、电磁阀的开闭，对流量计脉冲的提取进行控制。
此外，它还拥有存储电路，可以完成对水表信号的读写处理，并对水表工作进行监控。
同时还能提供安全保护、自动报警、通讯接口等电路设计，以满足用户对IC卡智能水表控制系统的要求。
通过现场数据采集和实时传输水表数据，可以轻松准确地了解用户的用水量、剩余水量和购水量等信息，实现对用户的实时监控。
【关键词】单片机IC卡智能控制水表1水表的系统方案设计本系统以实现控制水的功能为基本原则，同时又要满足低功耗的要求。
首先，用户持IC卡到自来水公司购水，自来水公司用读写器把购水记录的数据写入IC卡中，之后用户将IC卡放在水表的读取和写入模块的感应区，然后IC卡读取和写入模块把IC卡中的数据传输到单片机，单片机就会根据IC卡中有无余额来决定是否要打开电磁阀，同时在LCD模块上显示出水表中的结余金额、用水量、余水量等信息；在用户用水时，流量传感器会将收集到的用水量数据的脉冲信号传输给单片机，通过单片机来计算目前的余额。
当余额低于设置值时，将发出警报，当余额为零时，将自动将电磁阀关闭，直至再次读入IC卡中。
此外，在这个设计中，还考虑到了防拆卸的功能，如果有人想要强行拆卸水表，就会触发水表内的防盗开关，当单片机探测到这个信号时，控制电磁阀自动关闭，并且报警器会发出警报声。
2 智能水表的硬件部分设计2.1 主控制装置本设计所采用的STC89C52是一个8位的CMOS51单片机，它有8KB的可编程性和可擦去性。
其具有32个输入输出端口、6个中断信号和2个计时器。
芯片中的闪存能够让程序在系统中进行更改，或者利用传统的非易失内存编程器改写相应的程序。
STC89C52是一种功能强大，性能稳定，性价比较高，在各类控制系统中有着广泛的应用。
基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计方案
基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计方案1文献综述1.1课题的背景及意义环境与发展，是当今国际社会普遍关注的重大问题，保护环境是全人类的共同任务。
水资源作为生态环境中的重要资源，是人类生活的生产中不可取代的资源，对一个国家的生存和发展也是极为重要的。
水资源是一切生命的源泉，是人类不可缺少的物质条件，没有水人类就不能生存，没有水人类赖以自下而上的物质生产就不能发展。
IC卡智能水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。
这与传统水表一般只具有流量采集和机械指针显示用水量的功能相比，是一个很大的进步。
IC卡智能水表除了可对用水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量自动进行控制，同时可以进行用水数据存储的功能。
由于其数据传递和交易结算通过IC卡进行，因而可以实现由工作人员上门操表收费到用户自己去营业所交费的转变。
IC卡交易系统还具有交易方便，计算准确，可利用银行进行结算的特点[1]。
IC卡智能水表及其管理系统的出现，将从根本上解决了已上问题。
采用IC卡智能水表进行交易结算，不但实现了用水收费的电子化，而且还改变了先用水后收费的不合理状况，使的供水部门能预先收取部分费用，有利于公用事业的发展。
IC卡智能水表具有成本低、可靠性高、使用寿命长及安全性好等优点，可提高居民用水收费的管理水平，确保供水部门能及时收取水费。
因此，IC卡智能水表成为相关科研单位关注的重点，具有很好的经济效益与社会效益[2]。
1.2 智能水表的发展趋势随着微电子技术的快速发展，加上国家相关政策的推动，民用计量仪表的智能化将是一个必然的发展方向。
这不仅是中国的一种趋势，也将成为世界性的趋势。
而在近十年里，单体式智能IC卡类仪表又将会是发展主流。
从实际情况看，现在的IC卡智能水表确实还存在着许多影响其大规模推广使用的问题。
这些问题集中起来主要是（1）价格太高；（2）质量不可靠；（3）存在安全隐患。
基于单片机的IC卡智能水表设计
基于单片机的IC卡智能水表设计一、IC 卡智能水表的工作原理IC 卡智能水表主要由流量传感器、单片机控制单元、IC 卡读写模块、显示模块和阀门控制模块等组成。
流量传感器用于实时检测水的流量，并将其转换为电信号传输给单片机。
单片机作为核心控制单元，负责对流量数据进行处理、计算水费、与 IC 卡进行通信以及控制阀门的开关。
IC 卡读写模块用于读取用户的 IC 卡信息，包括用户余额、用水数据等，并将水表的相关数据写入 IC 卡。
显示模块则用于显示用户的用水量、余额等信息。
阀门控制模块根据单片机的指令，控制水表阀门的开启和关闭，以实现用水的控制。
二、硬件设计1、单片机选型选择合适的单片机是整个设计的关键。
需要考虑单片机的性能、资源、功耗和成本等因素。
常见的单片机如 STM32 系列、AVR 系列等都可以满足需求。
2、流量传感器流量传感器的精度和稳定性直接影响水表的测量准确性。
可以选用电磁式、涡轮式或超声波式流量传感器。
3、 IC 卡读写模块IC 卡读写模块需要支持常见的 IC 卡类型，如 SLE4442 卡、Mifare 卡等，并具备可靠的读写性能。
4、显示模块可以采用液晶显示屏（LCD）或数码管显示，以清晰地显示用水量和余额等信息。
5、阀门控制模块阀门控制模块通常采用电动阀门或电磁阀，通过单片机的输出信号来控制阀门的开关。
三、软件设计1、主程序流程主程序首先进行系统初始化，包括单片机内部资源的初始化、各模块的初始化等。
然后进入循环，不断检测流量传感器的信号，进行流量计算和水费计算。
同时，检测 IC 卡的插入，进行读写操作，并根据用户余额和用水情况控制阀门的开关。
2、流量计算算法根据流量传感器输出的信号，采用合适的算法计算水的流量。
常见的算法有定时采样法、脉冲计数法等。
3、 IC 卡通信协议遵循 IC 卡的通信协议，实现与 IC 卡的数据交换。
包括读取卡内的用户信息、写入水表的用水数据等。
4、阀门控制算法根据用户余额和用水情况，制定合理的阀门控制策略。
基于单片机的智能水表设计
ii
目
录
摘 要........................................................................................................................ i ABSTRACT.............................................................................................................. ii 目 录......................................................................................................................iii 1 绪论....................................................................................................................... 1 2 系统分析及设计方案........................................................................................... 2 2.1 系统设计技术指标.................................................................................... 2 2.2 系统主要硬件............................................................................................ 2 3 硬件设计................................................................................................................ 3 3.1 AT89C51 单片机的介绍............................................................................ 3 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 显示电路.................................................................................................. 15 3.7 报警电路.................................................................................................. 15 3.8 电源电路.................................................................................................. 16 4 软件设计.............................................................................................................. 17 4.1 设计思路.................................................................................................. 17 4.2 主流程图.................................................................................................. 18 4.3 protues 仿真 结 论..................................................................................................................... 21 致 谢..................................................................................................................... 22 参考文献................................................................................................................. 23 附录 一................................................................................................................... 24 附录 二................................................................................................................... 27
一款使用IC卡的智能水表的设计与实现
一款使用IC卡的智能水表的设计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Design and Implementation of a IntelligentWater Meter Based on IC CardAbstractWith 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 people's needs. It can completely change 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, statistical 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 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 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 functionality 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 module, data storage module and solenoid valve control module.Key words: Smart water meter, STC12C5A60S2, Digital integrated circuits,IC Card目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1研究现状 (1)1.2研究目的及意义 (1)1.3课题预期成果 (2)第2章关键技术介绍 (3)2.1单片机简介 (3)2.2K EIL C51编译器 (3)2.3接触式IC卡原理 (4)2.4水流量传感器原理 (4)第3章系统硬件设计 (5)3.1系统结构 (5)3.2系统开发环境 (5)3.3系统任务的可行性分析 (6)3.3.1 技术实际应用 (6)3.3.2 成本估算 (6)3.3.3 系统的技术支持 (6)3.4系统安全和防干扰设计 (6)第4章系统设计 (8)4.1设计版图 (8)4.2设计中涉及到重要器件介绍 (8)4.2.1本系统单片机的介绍 (9)4.2.2 24C02接触式IC卡介绍 (9)4.2.3 继电器介绍 (9)4.2.4显示器介绍 (10)4.3系统硬件电路设计 (10)4.3.1 单片机最小系统电路设计 (10)4.3.2 显示器电路设计 (11)4.3.3 IC卡读写电路设计 (11)4.3.4电磁阀控制的设计 (12)第5章系统实现 (13)5.1软件流程图 (13)5.2系统主要程序 (13)5.2.1 IC卡读写程序 (13)5.2.2显示驱动驱动程序 (15)第6章系统测试 (17)6.1系统软件测试 (17)6.2系统硬件测试 (17)6.3整体测试 (18)6.4本章小结 (18)第7章结论 (18)参考文献 (20)致谢..................................................................................................... 错误!未定义书签。
基于单片机的IC卡智能水表设计
目录摘要 (1)Abstract (2)第1章绪论 (3)1.1课题背景及意义 (3)1.2传统水表 (4)1.2.1传统水表的主要结构 (4)1.2.2传统水表的主要特点 (4)1.3智能水表 (4)1.3.1智能水表的特点 (5)1.3.2国内外智能水表的发展现状及发展趋势 (6)第2章智能水表的组成和单片机的选择 (7)2.1智能水表系统硬件组成 (7)2.2AT89C51单片机简介 (8)2.2.189C51单片机的基本组成 (8)2.2.289C51单片机引脚及其功能 (9)第3章系统各模块硬件电路设计 (10)3.1IC卡读写电路 (10)3.1.1Mifare1射频IC卡 (10)3.1.2H6152读写模块 (13)3.1.3IC卡读写电路的原理及说明 (13)3.2液晶显示电路 (16)3.2.1液晶显示模块 (16)3.2.2电源模块 (18)3.2.3单片机模块 (20)3.3记忆单元电路 (20)3.3.1I2C总线简介 (20)3.3.2AT24C01简介 (22)3.3.3硬件原理图 (22)3.4电磁阀控制电路 (23)3.5其它模块电路 (24)第4章系统各模块软件设计 (25)4.1IC卡读写软件设计 (25)4.1.1H6152内部寄存器 (25)4.1.2H6152通信协议与控制命令..............................................................错误！未定义书签。
4.1.3IC卡读写电路程序流程图及部分程序...........................................错误！未定义书签。
4.2液晶显示电路软件设计..........................................................................错误！未定义书签。
4.2.1液晶控制驱动器指令集......................................................................错误！未定义书签。
基于51单片机的ic卡智能水表课程设计
基于51单片机的ic卡智能水表课程设计基于51单片机的IC卡智能水表课程设计一、引言随着科技的发展和人们生活水平的提高，水资源的合理利用和管理变得愈发重要。
传统的水表只能实现简单的读数功能，无法满足现代社会对智能化水表的需求。
本文将介绍一种基于51单片机的IC 卡智能水表的课程设计方案，通过对IC卡的读写和水表计量功能的结合，实现对用户用水量的监测和管理。
二、课程设计方案1. 系统框架本课程设计采用51单片机作为控制核心，通过与IC卡、水表及相关传感器的连接与通信，实现智能水表的计量、存储和管理。
系统框架包括IC卡读写模块、水表计量模块、显示模块和数据管理模块。
2. IC卡读写模块IC卡作为存储用户信息和充值记录的介质，需要通过51单片机与系统进行数据交互。
本课程设计中，采用SPI总线通信协议，通过51单片机的SPI接口与IC卡进行通信，实现对IC卡的读写操作。
IC卡中存储了用户的身份信息、充值金额和消费记录等数据，通过读卡器读取IC卡中的数据，传输给51单片机进行处理。
3. 水表计量模块水表计量模块通过与水表传感器的连接与通信，实现对用户用水量的实时计量。
本课程设计中，采用脉冲计量的方式，水表传感器产生的脉冲信号通过51单片机的外部中断引脚接收并计数，实时记录用户的用水量。
通过设置合适的脉冲与用水量的换算关系，可以准确地计量用户的用水量。
4. 显示模块显示模块用于显示用户的用水量和剩余金额等信息，方便用户实时了解自己的用水情况。
本课程设计中，采用LCD液晶显示屏作为显示设备，通过51单片机与LCD显示屏进行通信，将计量数据和相关信息显示在屏幕上。
5. 数据管理模块数据管理模块用于对用户的用水量和消费记录进行管理和统计。
本课程设计中，采用EEPROM作为数据存储介质，通过51单片机与EEPROM进行通信，实现对用户信息、充值记录和消费记录等数据的读写操作。
通过数据管理模块，可以实现对用户用水量和消费情况的管理和查询。
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基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计方案1文献综述1.1课题的背景及意义环境与发展，是当今国际社会普遍关注的重大问题，保护环境是全人类的共同任务。
水资源作为生态环境中的重要资源，是人类生活的生产中不可取代的资源，对一个国家的生存和发展也是极为重要的。
水资源是一切生命的源泉，是人类不可缺少的物质条件，没有水人类就不能生存，没有水人类赖以自下而上的物质生产就不能发展。
IC卡智能水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。
这与传统水表一般只具有流量采集和机械指针显示用水量的功能相比，是一个很大的进步。
IC卡智能水表除了可对用水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量自动进行控制，同时可以进行用水数据存储的功能。
由于其数据传递和交易结算通过IC卡进行，因而可以实现由工作人员上门操表收费到用户自己去营业所交费的转变。
IC卡交易系统还具有交易方便，计算准确，可利用银行进行结算的特点[1]。
IC卡智能水表及其管理系统的出现，将从根本上解决了已上问题。
采用IC卡智能水表进行交易结算，不但实现了用水收费的电子化，而且还改变了先用水后收费的不合理状况，使的供水部门能预先收取部分费用，有利于公用事业的发展。
IC卡智能水表具有成本低、可靠性高、使用寿命长及安全性好等优点，可提高居民用水收费的管理水平，确保供水部门能及时收取水费。
因此，IC卡智能水表成为相关科研单位关注的重点，具有很好的经济效益与社会效益[2]。
1.2 智能水表的发展趋势随着微电子技术的快速发展，加上国家相关政策的推动，民用计量仪表的智能化将是一个必然的发展方向。
这不仅是中国的一种趋势，也将成为世界性的趋势。
而在近十年里，单体式智能IC卡类仪表又将会是发展主流。
从实际情况看，现在的IC卡智能水表确实还存在着许多影响其大规模推广使用的问题。
这些问题集中起来主要是（1）价格太高；（2）质量不可靠；（3）存在安全隐患。
随着科学技术的不断发展， IC卡智能水表将会不断发展完善。
比如，现在这种在老式水表上取信号的模式，将会由先进的水流量信号提取装置代替，机械计量和机械显示部分会被淘汰，而表和阀将会集中在一体等等。
总的说来，IC卡智能水表是一种先进的计量仪表，对这种先进仪表的大规模推广使用将会有力促进中国供用水管理的现代化进程。
中国在这个方面的超前发展会使这种计量模式得到优先完善，并有可能成为中国的一个有竞争力的产品出口到其它国家[3]。
1.3 本课题的研究工作详细分析课题任务，对IC卡智能水表的发展现状进行分析，并对现代传感器技术、IC卡技术和智能水表控制的原理进行了深入的研究，并将其综合。
然后根据课题任务的要求设计出实现控制任务的硬件结构及其原理图和相关软件程序，并进行访真调试。
下面对本设计的主要研究工作做个简述。
(1) 根据设计要求，提出几种方案，对它们进行了全面的论证；(2) 根据系统需要，合理选择微处理器，并且详细地阐述了它的基本功能特性；(3)介绍了相关现代传感技术，选择出信号采集的最佳方案；(4) 根据低功耗要求，对电磁阀的选择与设计进行了深入的研究；(5) 详细分析了E2PROM的工作原理；(6) 对IC卡技术做了简明扼要的分析，并对其软件的读写原理进行了详细的讨论；(7) 应用LED显示技术，可随时查询累计用水总量、可用水量；(8) 改进了普遍应用电源方案，详细地介绍了超级电容技术及其在本设计中的应用；(9) 对整个系统的软、硬件进行了深入的分析，并且绘制了相关硬件电路图、软件流程图，还编写了相关软件程序。
2 本论文的方案论证2.1 设计方案方案一：脉冲发讯集中抄收式智能水表系统工作原理：由表具不断发出脉冲信号，经采集器对脉冲信号进行采集、累加、存储和数据上传。
优点：发讯式集抄系统目前在国已普遍采推广应用方便,价格较低，只要生产厂商、系统集商严格把好每一环节的质量关，且发讯不随时间产生疲劳损伤，此系统不失为一种可供选择的、适于一定历史时期的过渡产品。
缺点：(1) 初始化及维护工作量大；(2) 磁铁强磁场干扰；(3) 电能耗费。
方案二：基于CAN总线的智能水表自动抄收系统工作原理：自动抄收系统主要由小区管理中心计算机(主控机)、水表数据采集器、采集服务器、中继站等几个部分组成，是一种智能化多用户能耗集中自动抄收系统。
其原理是将原能耗计量表的流量转换为脉冲信号，经信号传输线至系统总线，由接口电路通过有线传输或主机直接抄读，最后经微机管理，实现耗能数据的自动处理。
优点：CAN现场总线的方式来传送数据，以克服市场已有传送方式所存在的不足之处，其传送方式可实现10公里围的小区抄收工作，同时性能比同类系统稳定可靠。
采用点对点、一点对多点、全局广播等几种方式，数据收发灵活，可实现全分布式多机系统，且无主从机之分，便于实现设备异常主动报警。
节点故障自动关闭，不影响网络性能，提高了系统的稳定性，且不关闭总线即可任意挂接或拆除节点，方便了系统的调试和维护。
缺点：前期经济投入太多，需要大量的专业网络维护人员，维护工作量大。
设计过于复杂，太难，且不容易实现[4]。
方案三：基于89C2051单片机的IC卡智能水表系统工作原理：以接触IC卡或非接触射频卡作为媒介，将各种信息输入表中控制系统来自动开关阀门(供水或停水)，由用户到自来水公司网点先预购买水量，再将用水量通过IC卡输入表中控制系统，等水量用尽即自动关阀并中断水的供应，报警器在设定水量用完之前会自动报警以提醒用户购水，达到“先买水、后用水”的目的。
优点：在用户不缴费的情况下可自动断水，有效控制收费单位的资金回笼，不需要人工上门抄表、收费，减少抄表员。
缺点：(1) 电磁阀在长期开启状态下由于水垢和水中杂质而影响阀门关闭，使用户在不缴费的情况下继续用水，而收费单位还一无所知，一旦发现也无法向用户追缴多用水费；(2) IC卡表也是由发讯脉冲进行累加计量，如果人为强磁干扰或强电瞬间电击，也会造成芯片损坏，从而无法计量；(3) 锂电池在长期使用中是否能达到设计年限还有待考证，到期后由谁负责更换是个问题。
随着微电子技术、现代传感器技术的快速发展，以上该方案的缺点我们通过可行的具体方案基本可以解决了。
该方案所设计的IC卡智能水表主要由开关阀门控制模块、流量采样模块、微处理器、电源模块、IC卡读写模块、数据存储器模块、显示模块等组成[2]。
2.2 方案选择从投入成本来看，方案二需要建立一整套的网络系统，所需设备多，前期所需经济投入最大，方案一次之，方案三最低。
从设计的难易程度来看，方案三融合了微电子技术、现代传感器技术、IC卡技术等，这些技术都已经相当成熟，最容易实现，方案二最难，方案一次之。
从维护成本来看，方案二是由一个专用的网络系统组建而成，需要专业的网络技术维护人员，它的维护成本最高，方案一次之，方案三最低。
从长期效益来看，随着技术的成熟，社会各行各业网络化进程的加速，方案二必定是今后的发展趋势，它所达到的效益最佳，方案三次之，方案一最差。
综合考虑以上三种方案，根据现在的各种实际情况、现有技术水平和设计要求，我们选择了第三种方案基于89C2051单片机的IC卡智能水表系统来进行设计。
3 IC卡智能水表的硬件设计本章是本文的核心容，主要介绍的是系统硬件部分的设计，我们采用了模块化的设计方法，针对系统的工作原理和各个硬件模块的原理和电路进行了具体的介绍。
还对各种器件的选择（如微处理器、传感器等）做了详细的分析。
3.1 主系统的构成根据设计要求，所要设计的系统除了解决最基本的正常供水还应具有一定的智能功能。
主系统的框架图如图3-1所示。
由图中可以看出，系统由这样一些功能模块组成：微处理器、流量传感器、信号处理模块、IC卡接口电路、E2PROM数据存储电路、显示电路、报警电路、电源模块、电磁阀驱动电路以及其他辅助电路。
所有模块的设计均考虑了低功耗的要求，本系统采用外接3节5号电池供电，部采用超级电容作为备用。
系统时钟采用外接晶振方式，约为6MHz。
图3-1 主系统框图IC卡智能水表工作原理：首先由用户购买IC卡（即用户卡），并携IC卡至收费工作站交费购水，工作人员将购买水量等信息写入卡中。
用户将卡插入IC卡水表，卡表单片机识别IC卡密码并确认无误后，将卡中购买水量与表剩余水量相加后，写入卡表存储器，同时必须将IC卡购水值清零。
当用户用水时，由流量传感器采进来的信号以脉冲形式触INT，换醒单片机，进行用水处理。
发单片机的外部中断0用户在用水过程中，卡表剩余水量相应减少。
当剩余水量低于一定量，如5m3，卡表报警提示用户购水。
当E2PROM中存储的水量用完时，单片机自动关闭电磁阀。
用户只有重新购水，才能使电磁阀打开。
此外，在发生人为故意破坏时，阀门也会关闭[2]。
3.2 微处理器微处理器是本设计中的核心器件，我们一般都选用单片机来进行控制，下面给出了对它的选型与功能介绍。
3.2.1 单片机的选型单片机的选型从以下几个方面考虑：(1) 单片机的系统适应性适应性指单片机能否完成应用系统的控制功能，它主要从以下几个方面体现。
①单片机的CPU是否有合适的处理能力。
②单片机是否有系统所需要的I/O端口数。
③单片机是否含有系统所需的中断源和定时器。
④单片机片是否有系统所需的外接口。
⑤单片机的极限性能是否能够满足要求。
（2）单片机的市场供应情况（3）单片机的可开发性3.2.2 单片机STC12C5A60S2简介STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。
部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。
1、增强型8051CPU，1T(1024G)，单时钟/机器周期2、工作电压 5.5-3.5V3、1280字节RAM4、通用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，强推挽/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120mA5、有EEPROM功能6、看门狗7、部集成MAX810专用复位电路8、外部掉电检测电路9、时钟源：外部高精度晶体/时钟，部R/C振荡器常温下部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11~17MHz3.3V 单片机为：8~12MHz10、4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T111、3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟12、外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或电平触发中断，并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3，CCP0/P1.313、PWM2路14、A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S15、通用全双工异步串行口(UART)16、双串口，RxD2/P1.2，TxD2/P1.317、工作围：-40~8518、封装：LQFP-48，LQFP-44，PDIP-40，PLCC管脚说明P0.0~P0.7 P0：P0口既可以作为输入/输出口，也可以作为地址/数据复用总线使用。