畢業(yè)設計（論文）基于AT89S52單片機的預收費煤氣表的設計

1、蘇州信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文蘇州信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計報告（論文）系 別： 通信與電子系 專 業(yè)： 汽車電子 班 級： 學 生 姓 名： 學 生 學 號： 設計（論文）題目： 預收費煤氣表的設計 指 導 教 師： 起 訖 日 期： 畢業(yè)設計報告（論文）摘要預收費煤氣表的設計摘要：目前使用的機械式煤氣表存在較大的弊端，給管理部門和用戶帶來了很大的不方便，為了能從根本上解決此問題，設計一種新型的智能煤氣表收費系統(tǒng)就顯得十分必要。針對這種情況，本文設計了智能ic卡煤氣表系統(tǒng)，以實現(xiàn)煤氣收費管理的電子化和信息化。本設計是基于at89s52單片機控制的煤氣計費模塊，控制簡單，設計中采用非接觸式智能

2、卡模塊實現(xiàn)預付費功能，具有嚴謹?shù)谋Ｗo和防作弊功能；系統(tǒng)具備液晶顯示功能，利用rt1602液晶顯示模塊顯示余額、用氣量等數(shù)據(jù)；為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，該設計中還加入了掉電保護模塊，保護用戶數(shù)據(jù)不丟失，使計費系統(tǒng)實現(xiàn)自動化和最優(yōu)化。 關鍵詞：煤氣表,非接觸式卡,預付費,單片機畢業(yè)設計報告（論文）摘要(thesis) title: yushoufei meiqibiao design the mechanical gas meter at present has a big disadvantages to the management and the users a great deal o

3、f inconvenience. in order to fundamentally solve this problem, it is very necessary to design a new type system of intelligent gas meter. in view of this situation, this paper designed an intelligent ic card gas meter systems in order to achieve the gas tariffs and the management of electronic infor

4、mation.the design is a gas billing module which based on the mcu at89s52, the control is simple, the design take the non-contact less smart card module to achieve pre-paid functions, with have strict protection and anti-cheat functions. system use the rt1602-liquid crystal display function to show t

5、he balance data etc. in order to ensure system stability and reliability, the design also joined the power-down protection module to protect the user data is not lost, make the system enables automated billing system and optimization.keywords: gas meter, non-contact card, prepaid, single-chip目 錄摘要.1

6、第一章緒論.51.1煤氣表的發(fā)展.61.2煤氣表收費方式.61.2.1煤氣表的發(fā)展.61.2.2收費方式.81.3設計目的.71.4設計中需要重點解決的問題.9第二章系統(tǒng)軟件設計方案.102.1系統(tǒng)組成.102.2整體方案論述.10第三章單元電路.113.1主控電路mcu.123.1.1主控芯片介紹.123.1.2主控電路.123.2流量測量模塊.143.3顯示電路.153.3.1rt1602介紹.153.3.1.1rt1602引腳說明.153.3.1.2rt1602指令說明.163.313rt1602的讀寫時序.173.3.2lcd接口電路.183.4掉電儲存模塊.193.4.1i的平方c總

7、線的基本原理.193.4.2at24c02介紹.213.4.3at24co2硬件電路連接.223.5智能ic卡接口模塊.233.5.1mifares50卡介紹.233.5.2mifares50卡的訪問操作與命令.243.5.3讀卡器模塊.253.5.4硬件電路.253.6電源監(jiān)控系統(tǒng).263.7電磁閥控制電路.273.8煤氣泄漏報警電路.283.9聲光報警電路.28第四章程序設計.284.1主程序流程圖.284.2非接觸式卡讀寫模塊.294.3掉電儲存模塊.304.4液晶顯示模塊.315結(jié)論.31致謝.33參考文獻.3329第一章 緒論1.1 煤氣表的發(fā)展現(xiàn)狀隨著社會的進步，人民生活水平的不斷

8、提高，城市管道煤氣已逐漸進入千家萬戶。煤氣作為一種清潔和高效的能源已經(jīng)有越來越多的用戶在使用，據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2011年，我國城市煤氣用戶已過千萬。特別是西部大開發(fā)“西氣東輸”計劃的啟動，管道煤氣將向更多的大，中，小城市擴展，用戶更會大幅增長，管道煤氣已經(jīng)和水，電一樣成為城市的基本設施，給人們的日常生活帶來極大的方便。最近中國市場監(jiān)測中心發(fā)布2009年中國煤氣表制造行業(yè)研究咨詢報告，介紹了煤氣表制造行業(yè)的運行概況，其中大多計費裝置是以電子卡式和集中式為主，分別分析了2008-2009年全球和國內(nèi)煤氣表制造行業(yè)市場規(guī)模及供需發(fā)展態(tài)勢,并詳細分析了近幾年國內(nèi)煤氣表制造行業(yè)市場的產(chǎn)銷狀況，并對未來

9、三年煤氣表制造行業(yè)的市場供需狀況、競爭格局進行了預測分析。報告同時指出研究和設計新型智能的煤氣表對該市場行業(yè)的大力推動作用。為了改善煤氣部門的經(jīng)營狀況，為了適應社會主義市場經(jīng)濟，同時方便人民群眾的生活，國家政策十分明確的提出了要改變目前的查表收費方式。在中國住宅產(chǎn)品發(fā)展綱要中明確提出，實現(xiàn)方便查表，不干擾住戶，使大量人工查表工作逐步過度到數(shù)據(jù)化傳遞，非接觸卡式煤氣計量裝置及接口箱柜。智能化計量裝置的開發(fā)要達到準確計量（二級精度），抗干擾能力強，穩(wěn)定性與耐久性可靠，使用安全，防盜等基本技術性能要求。作為“三金工程”之一的金卡工程在我國經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了明顯的成效，但于國外相比仍有很大的差

10、距。 ic卡智能終端是由ic卡多功能結(jié)算器系統(tǒng)，感應式ic卡收費機系統(tǒng)，ic卡門禁系統(tǒng)，智能ic卡煤氣表，水表計費系統(tǒng)，金融商用ic卡，pos機等組成，產(chǎn)品廣泛應用于交通，金融，商業(yè)，公用事業(yè)，社會保障等各個領域，是推進信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推進金卡工程的基礎產(chǎn)品。近年來，人們對ic卡電表，水表，煤氣表等進行了很多的研究，使得這些技術越來越成熟，并進入了試用階段，目前國內(nèi)許多大中城市以開始逐漸采用。這些政策和指導方針對于智能家居系統(tǒng)的發(fā)展具有很大的推動作用，而非接觸煤氣計量系統(tǒng)也將會給人們的生活帶來更大的便利。ic卡煤氣表是一種根據(jù)用戶ic卡購氣量實現(xiàn)自動計量收費，自動控制用氣的民用高技術產(chǎn)品，它具有

11、傳統(tǒng)人工抄表收費式煤氣表無可比擬的優(yōu)越性，實現(xiàn)了煤氣收費管理系統(tǒng)的電子化，信息化和網(wǎng)絡化，ic卡煤氣表及其收費管理系統(tǒng)已經(jīng)呈現(xiàn)出廣闊的應用前景。1.2 煤氣表收費方式1.2.1 煤氣的發(fā)展人們從開始使用人工煤氣了，給人們的日常生活帶來方便，但是正因為煤氣如此的重要，對煤氣使用的管理工作也就顯得十分必要。煤氣計量表也被列入國家強檢目錄的強制檢定計量器具，因此煤氣計量系統(tǒng)也是不斷在發(fā)展，從原來的機械式到電子式的，再在現(xiàn)今的智能化系統(tǒng)，給人們的生活提供了便利。在當時，煤氣的計費通常按照具有一定規(guī)格的火孔數(shù)量和使用時間來進行推算,但在具體實施過程中卻產(chǎn)生了各種各樣的困難和矛盾。煤氣計量儀器也不斷地發(fā)展

12、，收費方式也不盡相同，國內(nèi)外一百多年來一直是采用取查表收費的模式，這種方式極為原始，由抄表人員入戶查表計費，然后再由收費員入戶收費或?qū)嗡偷接脩艏?，銀行結(jié)算。目前的管道煤氣表，普遍采用容積式煤氣表，只能指示累計的用氣量，煤氣管理部門需要派抄表人員按月來到每家用戶抄表，抄表后再進行計費、收費。這種管理人員定期上門抄表及收費這樣一種管理方式,導致燃氣公司的的工作量很大,管理效率很低，也存在很大的弊端。例如需要大量的抄表人員與收費人員；人為方式弊端多；工作效率低，嚴重影響居民的生活，給管理部門造成了人力,物力,時間上的極大浪費和不方便，收費也不容易管理，特別是對煤氣費用拖欠的用戶難以限制，研究開發(fā)

13、一種新型的煤氣表收費系統(tǒng)十分必要。對于智能ic卡煤氣表而言，它的研究要稍微落后于ic卡電表和水表的研究，這主要是因為它的應用面狹窄一些，而且，氣體的計量技術也比水和電的計量技術難度大，測量技術發(fā)展的限制了智能煤氣表的發(fā)展。目前已經(jīng)開發(fā)出了一些產(chǎn)品并投入使用，但使用的這些ic卡煤氣表都或多或少的存在著一些問題：(1)成本偏高，大多數(shù)表的售價在800元左右；電路的功耗比較大，電池的使用壽命比較短。(2)目前國內(nèi)生產(chǎn)的卡式表大都是從煤氣表生產(chǎn)廠家購入煤氣表后在煤氣表的入口前安裝一個關斷閥門，在計數(shù)器部位增裝預收費系統(tǒng)，按照這種技術路線生產(chǎn)出來的煤氣表有些技術特性很難達到國家標準的要求，如壓力損失。真

14、正意義上的卡式煤氣表的關斷閥應該是設置在煤氣表的內(nèi)部，是機電一體化的裝置，而不是在煤氣表之外又加上一個閥門。1.2.2 收費方式由于技術條件的限制，一直到20世紀中期仍然沒有找到有效的技術手段來解決這個問題。至今許多國家解決這個問題的唯一手段是將煤氣表移到戶外。雖然英國等國家早就發(fā)明了投幣煤氣表，但由于在戶外，儲幣盒丟失，損壞是一個難以解決的問題，同時由于室外的溫度太高，達30度到40度，因而對計量儀器的可靠性提出了很高的要求，同時又要求溫度變化對計量進行補償，因而推廣應用上有一定的困難。隨著微型計算機技術和微電子技術的出現(xiàn)和發(fā)展，收費方式才有所改變，人們發(fā)明了磁卡煤氣表，電子式煤氣表，才出現(xiàn)

15、了真正實用的電子裝置，解決了查表收費的問題。目前，許多發(fā)達國家采用遙讀方式讀取用戶的用氣量后，在銀行通過用戶帳戶進行結(jié)算，徹底解決查表收費問題。在美國等國家多半是采用無線遙讀的方式，而在歐洲許多國家是采用有線集中讀取，即在用戶小區(qū)內(nèi)設置煤氣計量集中器，通過固有煤氣監(jiān)測網(wǎng)絡來測量煤氣量，再有計算機統(tǒng)計計算費用。煤氣公司計費后，用戶在銀行結(jié)算的方式。今年日本等國家又發(fā)展了通過電話線采集用戶消費量，利用公共電話網(wǎng)絡傳輸信號，煤氣公司統(tǒng)一管理，最后總到銀行，銀行進行結(jié)算的方式，與歐美等國家相比技術上有了一定的優(yōu)勢，具有遙讀和遙控的雙向功能，且方便，準確【2】。對于智能ic卡煤氣表而言，它的研究要稍微落

16、后于ic卡電表和水表的研究，這主要是因為它的應用面狹窄一些，而且，氣體的計量技術也比水和電的計量技術難度大，測量技術發(fā)展的限制了智能煤氣表的發(fā)展。目前已經(jīng)開發(fā)出了一些產(chǎn)品并投入使用，但使用的這些ic卡煤氣表都或多或少的存在著一些問題：(1)成本偏高，大多數(shù)表的售價在800元左右；電路的功耗比較大，電池的使用壽命比較短。(2)目前國內(nèi)生產(chǎn)的卡式表大都是從煤氣表生產(chǎn)廠家購入煤氣表后在煤氣表的入口前安裝一個關斷閥門，在計數(shù)器部位增裝預收費系統(tǒng)，按照這種技術路線生產(chǎn)出來的煤氣表有些技術特性很難達到國家標準的要求，如壓力損失。真正意義上的卡式煤氣表的關斷閥應該是設置在煤氣表的內(nèi)部，是機電一體化的裝置，而

17、不是在煤氣表之外又加上一個閥門。1.3設計目的為了克服機械式煤氣表存在的問題和缺陷，以及現(xiàn)收費方式的弊端，研究新型的智能煤氣計費系統(tǒng)就很必要了，該設計的目的就是為了克服老式煤氣表和收費方式的弊端而設計的，使煤氣計量更精確，減少人為弊端，同時解決市場上煤氣表種類繁多價格昂貴的現(xiàn)狀，為以后煤氣表的發(fā)展方向做一個展望，逐漸向智能化、管理集中化發(fā)展。設計中考慮成本問題，使用材料性價比高的模塊，盡量降低成本。本設計利用智能ic卡和單片機控制相結(jié)合的技術使計費系統(tǒng)實現(xiàn)智能化和最優(yōu)化。1.4 設計中需要重點解決的問題現(xiàn)行的智能化的煤氣表是利用先進的ic卡技術和單片機為核心的終端控制設備實現(xiàn)計費和計量，煤氣公

18、司將用戶所購氣量的錢數(shù)存在卡內(nèi)，然后將卡和計量器連接由系統(tǒng)程序完成計費。根據(jù)實際要求要著重解決下列幾個問題：(1)設計中使用元件及模塊的性價比；(2)設計中關于使用壽命和穩(wěn)定性的解決；(3)設計中關于電源和功耗的相關問題；(4)預付費的問題。對于設計中的細節(jié)問題需要注意的是：(1)流量精度的控制。目前家用煤氣計量大多采用體積流量計,為提高使用精度,應該引進非線性修正技術和盡量使儀表示值向標準容積換算值靠攏,這才是是提高儀表計量價值的有效途徑。(2)智能ic卡與單片機的接口，利用ic卡實現(xiàn)預付費，單片機與非接觸式智能卡mifare s50的接口是通過max232芯片串行通信實現(xiàn)，同時系統(tǒng)還可能使

19、用遠程計算機控制終端，也是通過max232芯片實現(xiàn)。關于遠程計算機終端控制，這里只做展望，不詳細介紹。第二章軟件設計方案2.1 系統(tǒng)組成mcu 流量采集lcd液晶顯示掉電存儲電磁閥驅(qū)動射頻卡模塊電源監(jiān)控鍵盤聲光報警漏氣檢測電路電源該系統(tǒng)是基于單片機實現(xiàn)的，為保證能夠完成任務書要求的功能，設計采用模塊化，各部分欲實現(xiàn)的功能相對獨立，系統(tǒng)主要有單片控制核心（mcu）、流量采集模塊、lcd液晶顯示模塊、射頻卡模塊、掉電存儲模塊、電源監(jiān)控模塊、電磁閥驅(qū)動、聲光報警電路、漏氣檢測電路、鍵盤以及電源組成。各部分電路各司其職，共同完成整體功能。該系統(tǒng)組成方框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)框圖接通電源是系統(tǒng)設計的第

20、一步，用戶通過此鍵來查看煤氣使用量、余額以及其他信息，當系統(tǒng)報警時，用戶也可以通過按此鍵來消除報警2.2 整體方案論述本設計是基于單片機實現(xiàn)的，在原有的煤氣表的基礎上改進完成的。首先，系統(tǒng)采用智能ic卡來實現(xiàn)預付費功能，本設計采用mifare s50卡，具有嚴謹?shù)谋Ｗo功能，可以防止偽卡的攻擊。用戶先去煤氣公司購買預定錢數(shù)的煤氣量，煤氣公司將該信息存入卡內(nèi)，然后用戶回家后將此卡和系統(tǒng)射頻卡模塊連接，一般都是非接觸式的，系統(tǒng)在程序的控制下將卡內(nèi)數(shù)據(jù)信息傳送到單片機內(nèi)，并保存在存儲器中，并將此卡內(nèi)數(shù)據(jù)清零，以確保一卡對一機，防止多次使用此卡。其次，對于煤氣量的測量采用先進的霍爾傳感器進行信號測量，具

21、有穩(wěn)定性好，抗干擾能力強的能力，該傳感器根據(jù)流體流量的大小，定期輸出交替變化的電壓脈沖，即數(shù)字信號，基本原理將在后面的流量測量模塊里詳細介紹。該傳感器通過檢測每單位煤氣量對應輸出一個脈沖送給單片機，系統(tǒng)程序累計積累的脈沖數(shù)，按一定的算法計算出總的煤氣量。系統(tǒng)根據(jù)程序的要求，將總的用氣量換算成對應的錢數(shù)，并將存儲器中的數(shù)據(jù)相應扣除，實現(xiàn)計費。最后，系統(tǒng)采用lcd液晶顯示,用戶可以通過鍵盤輸入查詢用氣量和卡上余額等信息，當卡內(nèi)余額不足時，系統(tǒng)會發(fā)出報警，提醒用戶及時購買，當卡內(nèi)余額用完時，將會驅(qū)動電磁閥關閉煤氣管道中的閥門。同時，系統(tǒng)還配備了電源監(jiān)控保護模塊和掉電存儲電路，當系統(tǒng)由于供電設備或其他

22、問題而斷電時，會將程序正在運行中產(chǎn)生的重要數(shù)據(jù)保存到外置存儲器中，例如用戶當前用氣量，計算產(chǎn)生的數(shù)據(jù)等，保護用戶和煤氣公司的利益。展望未來，煤氣表的發(fā)展會更智能化和最優(yōu)化，因此，本設計中還提出了一個在線監(jiān)控的功能，即利用智能ic卡與單片機的接口電路max232模塊，將系統(tǒng)通過線路通信鏈接到遠程計算機上，煤氣公司可以設置上位機，在線實時監(jiān)測用戶數(shù)據(jù)的動態(tài)變化，也可以實現(xiàn)遠程抄表計費。該設計對此只做簡單的介紹【3】。3.1 主控電路mcu3.1.1 主控芯片介紹主控芯片mcu采用at89s52, 該單片機是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能coms 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦

23、寫的只讀程序存儲器（perom）和256k bytes的隨機數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)?？刂品奖?，供電簡單，程序也易于編寫，同時市場價格比較便宜，很容易買到，市場上與其配套的電路、元件也豐富，也利于本系統(tǒng)的推廣?？刂破鞑捎?1.0592mhz的晶體振蕩器使時鐘更加精確，該芯片可以采用程序使電路進入省電狀態(tài)，即當用戶將煤氣閥門關閉后，不使用煤氣表時，程序使得電路進入省電模式，節(jié)省電量。該芯片還有4個8位并行i/o端口p0-p3，每個端口既可以用作輸入，也可以用于輸出；內(nèi)部有兩個16位的定時器/計數(shù)器，每個定時器/計數(shù)器都可 以設置成計數(shù)方式，用以對外

24、部進行計數(shù)，也可以設置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制；具有5個中斷源、兩個中斷優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工uart（通用異步接受發(fā)送器）的串行i/o口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與pc機之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接，最高允許振蕩頻率為24mhz。at89s52處理的信號全部都是數(shù)字信號，具有很高的抗干擾性能。at89s52支持isp在線編程，方便系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試【4】。3.1.2 主控電路單片機控制電路的整體運行，包括流量累積，費用計算，顯示，以及閥門開閉和聲光報警電路。其外圍電路簡單，包括外部晶體振蕩電路和復位電路，各部分電

25、路與單片機的接口如圖2所示，復位電路采用上電自動復位和手動復位，原理是：如圖所示，當電源接通時，由于電容c3兩端電壓不能突變，通過電阻r2進行充電，在電阻r2兩端產(chǎn)生一個壓降，瞬間將reset端的電位抬高，使單片機復位，該復位信號需在振蕩穩(wěn)定后維持至少兩個機器周期，不同的晶振選擇的電容也應該有所區(qū)別，主要是滿足復位條件。電容的選擇要注意在幾十微法就可以，電容值太大則充電時間過長影響正常工作，太小則達不到復位效果。正常工作時，若程序運行時出現(xiàn)問題需要從頭開始執(zhí)行，這時需要手動復位，按下按鍵s4，將電阻r1和r2串聯(lián)起來，根據(jù)電阻分壓的原理可知，在電阻r2上產(chǎn)生一個電壓降，高于r1兩端的電壓，接近

26、5v，reset端收到此復位信號，程序就從頭開始執(zhí)行了。各端口分配如表1所示：p0.0-p0.7lcd液晶顯示數(shù)據(jù)線p2.0at2404數(shù)據(jù)線p1.0lcd液晶顯示 rs端p2.1at2404時鐘線p1.1lcd液晶顯示r/w端p2.4閥門繼電器控制端p1.2lcd液晶顯示e 端p2.6煤氣泄漏檢測端p1.3lcd電源控制端p2.7報警控制端p3.0max232射頻接口1p3.4max706電源控制p3.1max232射頻接口2p3.5max706電壓比較p3.2流量脈沖輸入p3.6按鍵輸入 表1各端口功用圖2 mcu主控電路圖中按鍵s1是系統(tǒng)設計的功能鍵，用戶通過此鍵來查看煤氣使用量、余額以

27、及其他信息，當系統(tǒng)報警時，用戶也可以通過按此鍵來消除報警。3.2 流量測量模塊為了保證測量精度，流量檢測模塊采用霍爾元件a44e，它是一種磁傳感器，具有穩(wěn)定性好，抗干擾能力強的能力等優(yōu)點，用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用。它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高【5】。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，a44e是霍爾開關元件，輸出信號是數(shù)字量，其內(nèi)部電路及外觀引腳如圖3所示，其工作

28、溫度范圍是-55到150，利用檢測脈沖的方法來測量流量。霍爾元件的原理圖和電路連接圖如圖4所示。其具體工作原理是：測量時將a44e、磁鐵固定在機械儀表的渦輪上，機械儀表一般采用膜式煤氣表，其為直接體積計量式，a44e內(nèi)部的磁檢測部分會隨著渦輪轉(zhuǎn)到不同的位置磁場強度信號不同，在恰當?shù)奈恢脮ra44e就會輸出交替變化的數(shù)字信號（磁場強的時候為低電平，磁場弱的時候為高電平）。設計時首先應該知道將要改造的機械式儀表的規(guī)格，在儀表的機械式渦輪上安裝的磁鐵應該具有較強的磁力，而且重量要適當，以此獲得渦輪旋轉(zhuǎn)一周煤氣的流量大小的數(shù)據(jù)，便于在程序中累計脈沖個數(shù)并計算流量的大??；設計中將霍爾元件的信號輸出端接到單

29、片機的外部中斷接口上，通過中斷處理程序累計脈沖個數(shù)，再通過定時器設計累計時間的長短，設計中在定時器內(nèi)設計30秒計算一次，通過程序?qū)崿F(xiàn)設計采集時間的長短可以通過修改程序的參數(shù)進行重新設置?；魻栐44e的3腳是信號端，輸出數(shù)字流量信號，需要外接5.1k的上拉電阻，2腳接地，1腳為電源。 如圖4a44e連接電路3.3 顯示電路顯示電路采用市面上常用的rt1602c液晶顯示模塊，其安裝方便，與單片機的接口簡單，嚴格來說應該可以顯示漢字，但是由于市面上顯示漢字的液晶顯示模塊較貴，所以開發(fā)時使用rt1602c，如果需要顯示漢字則需要選用12232f顯示模塊（12232f模塊的接口與rt1602c相同）

30、，但其價格較貴。3.3.1 rt1602介紹lcd 1602 是常見的 16 × 2 行， 6 × 8 字符點陣液晶模塊，廣泛應用于智能儀表、通信、辦公自動化設備中，其字符發(fā)生器 rom 中自帶數(shù)字和英文字母及一些特殊符號的字符庫，我們利用 1602 可以建立 8 個 6 × 8 點陣自定義字庫，能夠滿足用戶要求，而且1602液晶顯示模塊的體積大小合適，便于安裝，設計中為了省電，1602的電源應由單片機控制，需要顯示時供電，否則就不供電。3.3.1.1 rt1602引腳說明rt1602c為工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示32個字符。rt1602采用標準的16腳接口，其

31、中端口由左至右以此為1腳到16腳；各端口說明如表2所示,第1腳接口，其中端口由左至右以此為1腳到16腳；各端口說明如表2所示,第1腳：vss為電源地；第2腳：vdd為電源正極，接5v直流電源；第3腳：v0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，即背光調(diào)整，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度；第4腳：rs為寄存器選擇，用于單片機和芯片的數(shù)據(jù)和命令傳輸，判別數(shù)據(jù)和命令，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器；第5腳：rw為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當rs和rw共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，

32、當rs為低電平rw為高電平時可以讀忙信號，當rs為高電平rw為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；第6腳：e端為使能端，當e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)線，用于傳輸顯示的內(nèi)容數(shù)據(jù)；第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。rt1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是01000001b（41h），顯示時模塊把地址41h中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”

33、。 編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2data 1/02vdd電源正極10d3data 1/03vl背光調(diào)整11d4data 1/04rs數(shù)據(jù)/命令選擇端12d5data 1/05r/w讀/寫選擇端13d6data 1/06e使能信號14d7data 1/07d0data 1/015bla背光電源正極8d1data 1/016blk背光電源負極 表2rt1602引腳說明3.3.1.2 rt1602指令說明rt1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令,它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）。各條指令的說明如下所示：指令1：

34、清顯示，指令碼01h,光標復位到地址00h位置；指令2：光標復位，光標返回到地址00h；指令3：置輸入模式，光標和顯示模式設置，i/d：光標移動方向，高電平右移，低電平左移，s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。指令4：顯示開關控制。d：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示，c：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 ，b：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍；指令5：光標或顯示移位，s/c：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標；指令6：功能設置命令，dl：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線，n：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示，f: 低電平時

35、顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符；指令7：字符發(fā)生器ram地址設置；指令8：ddram地址設置指令9：讀忙信號和光標地址 bf：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)指令11：讀數(shù)據(jù)指令表如表3.3所示：序號指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001i/ds4顯示開關控制0000001dcb5光標字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符存儲器地址0001字符發(fā)生存儲器地址（agg）8置數(shù)據(jù)存器地址00

36、1顯示數(shù)據(jù)存儲器地址（add）9讀忙標志或地址01bf計數(shù)器地址（ac）10寫指令10要寫進的數(shù)據(jù)11讀指令11讀出的數(shù)據(jù)3.3.1.3 rt1602的讀寫時序rt1602液晶顯示的操作時序，讀、寫操作時序參數(shù)對數(shù)據(jù)的讀寫操作至關重要，只有正確的把握操作時序，才能對器件進行操作，該器件的時序參數(shù)包括脈沖周期、脈沖寬度、數(shù)據(jù)的建立和保持時間、地址的建立和保持時間等，詳細數(shù)據(jù)見表4所示。其中使能端e脈沖上升沿和下降沿的時間都為25ns。 時序參數(shù)符號極限值（單位：ns）最小值典型值最大值e信號周期tc400-e脈沖寬度tpw150-地址建立時間tsp130-地址保持時間thd110-讀操作數(shù)據(jù)建立

37、時間td-100讀操作數(shù)據(jù)保持時間thd220-寫操作數(shù)據(jù)建立時間tsp240-寫操作數(shù)據(jù)保持時間thd210- 表4時序參數(shù)3.3.2 lcd接口電路rt1602液晶顯示器與單片機的接口電路如圖7所示，通過單片機p0口接10k極管q1的通斷來決定是否開啟液晶顯示，用以節(jié)省電源。液晶顯示器的rs、r/w、e三端分別由p1.0、p1.1、p1.2口控制，控制lcd的讀寫操作以及其他命令的執(zhí)行。背光通過一個10k的電阻器調(diào)節(jié)。輸入、輸出接口電路 輸入、輸出接口電路也稱為io電路(inputoutput)，即通常所說的適配器、適配卡或接口卡。它是微型計算機與外部設備交換信息的橋梁。 (1)接口電路結(jié)

38、構(gòu)：一般由寄存器組、專用存儲器和控制電路幾部分組成，當前的控制指令、通信數(shù)據(jù)、以及外部設備的狀態(tài)信息等分別存放在專用存儲器或寄存器組中。 (2)接口電路的連接：所有外部設備都通過各自的接口電路連接到微型計算機的系統(tǒng)總線上去。 (3)通信方式：分為并行通信和串行通信。并行通信是將數(shù)據(jù)各位同時傳送；串行通信則使數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送圖7 lcd接口電路3.4 掉電存儲模塊3.4.1 總線的基本原理 (interintegrated circuit)總線是一種由philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設備開發(fā)，如今主要在服務器管理中

39、使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對各個組件進行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風扇。可隨時監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡、系統(tǒng)溫度等多個參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理?？偩€特點：總線最主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本。總線的長度可高達25英尺，并且能夠以10kbps的最大傳輸速率支持40個組件?？偩€的另一個優(yōu)點是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能夠進行發(fā)送和接收的設備都可以成為主總線。一個主控芯片能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當然，在任何

40、時間點上只能有一個主控芯片。總線協(xié)議如下：（1）只有在總線空閑時才允許啟動數(shù)據(jù)總線；（2）在數(shù)據(jù)傳送過程中，當時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)，不允許有跳變。時鐘線高電平時，數(shù)據(jù)線的任何電平變化都將被看作是總線的起始或停止信號。at24c02芯片支持總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，總線協(xié)議規(guī)定，任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器，任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器，數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的模式，通過器件地址輸入端a0、a1和a2可以實現(xiàn)多個at24c02的連接?？偩€進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高

41、電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。如圖8所示。圖8 數(shù)據(jù)線與時鐘線的關系圖起始和終止信號 ：scl線為高電平期間，sda線由高電平向低電平的變化表示起始信號；scl線為高電平期間，sda線由低電平向高電平的變化表示終止信號。如圖9所示。圖9 起始信號與終止信號數(shù)據(jù)傳送格式：一字節(jié)傳送與應答，每一個字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時，先傳送最高位（msb），每一個被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應答位（即一幀共有9位）。如果一段時間內(nèi)沒有收到從機的應答信號，則自動認為從機已正確接收到數(shù)據(jù)。如圖10所示。圖10 數(shù)據(jù)傳送中

42、的應答與非應答3.4.2 at24c02介紹該系統(tǒng)掉電存儲模塊采用atmel公司生產(chǎn)的at24c04芯片，它的容量是512字節(jié)×8位，既4k位，對于本系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠了。at24c04芯片的優(yōu)點有：與400khz的總線兼容；1.8到6.0伏工作電壓范圍；低功耗cmos技術；寫保護功能；有一個16字節(jié)的頁寫緩沖器；1,000,000次編程/擦除周期；可保存數(shù)據(jù)100年。at24c02的封裝如圖11所示，共有8個管腳，第八腳和四腳分別是電源和地端。1、2、3腳分別為a0、a1、a2，用于器件地址選擇。第五、六腳是數(shù)據(jù)線和時鐘線。第七腳為寫保護。管腳功能配置如表5所示。 圖5at24c02

43、的封裝管腳名稱功能a0、a1、a2器件地址選擇sda串行數(shù)據(jù)/地址線scl時鐘線wp寫保護vss地vdd電源正極 表5 管腳功能配置scl是串行時鐘線，時鐘輸入信號，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的時鐘，是一個輸入管腳。sda是串行數(shù)據(jù)/地址，用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，可以雙向傳送，sda是一個開漏輸出管腳。wp是寫保護控制位，如果wp管腳連接到vcc，所有的內(nèi)容都被寫保護（只能讀）。當wp管腳連接到vss或懸空，允許器件進行正常的讀/寫操作。 a0，a1，a2為器件地址輸入端，正好與芯片的1，2，3引腳對應，為當前電路中的地址選擇線，三根線可選擇8個芯片同時連接在電路中，當要與哪個芯片通

44、信時傳送相應的地址即可與該芯片建立連接，電路中的三根地址線都為0。at24c02的芯片地址如表6所示，1010為固定，最后一位r/w功用是告訴從機下一字節(jié)數(shù)據(jù)是要讀還是寫，0為寫入，1為讀出。表6 at24c02的芯片地址（0xa0為寫，0xa1為讀）msblsb1 0 1 0 a2 a1 a0 r/w 3.4.3 at24c02硬件電路連接at24c02與單片機的連接簡單，只占用兩個端口，本電路中是用了p2.0和p2.1，數(shù)據(jù)線是p2.0口，時鐘線是p2.1口。所示。工作原理：當系統(tǒng)由于電源或其他原因突然斷電后，電源監(jiān)控模塊檢測到后，系統(tǒng)根據(jù)程序控制，對at24c02進行寫操作，將程序正在運

45、行的數(shù)據(jù)或其他重要數(shù)據(jù)保存到外部存儲器中，系統(tǒng)恢復供電并復位后，將根據(jù)程序設計把存儲器中保存的數(shù)據(jù)重新載入單片機內(nèi)部ram 中，供運行使用。圖中r1、r2為上拉電阻【6】。3.5 煤氣ic卡接口模塊3.5.1 mifare s50卡介紹智能ic卡采用mcs-rc500非接觸式智能卡通用讀寫器，選用鄭州萬光智能卡科技有限公司設計的模塊。硬件電路簡單，容易實現(xiàn)與單片機的通信，程序設計靈活，易于開發(fā)，且可以與計算機通信，通過計算機軟件對用戶的數(shù)據(jù)進行管理。，僅僅需要一塊maxim公司的max232芯片，配合外部電路，利用單片機的串行通信i/o口就可以與讀卡器模塊進行通信。但在設計接口的時候，應注意電

46、源要防止接反，保護讀卡器模塊。該系統(tǒng)采用的卡片是mifare s50卡，它是非接觸式，其采用飛利浦(nxp)原裝的 mifare ic s50芯片，符合iec/iso 14443a 空氣接口協(xié)議。其具有先進的數(shù)據(jù)加密及雙向密碼驗證系統(tǒng)，和16個完全獨立的扇區(qū)，有著極高穩(wěn)定性和廣泛的應用范圍。它有射頻接口、數(shù)字電路和存儲器三部分組成：(1)射頻接口部分，該電路接收到得13.56mhz的射頻無線電基波將被送到整流濾波模塊，經(jīng)電壓調(diào)節(jié)模塊輸出為ic卡供電，同時還將被送至調(diào)制/解調(diào)模塊解調(diào)得到其載波通信數(shù)據(jù)，在時鐘的配合下經(jīng)接口電路送至數(shù)字電路部分。對

47、于從數(shù)字電路部分傳來的數(shù)據(jù)也是經(jīng)過調(diào)制/解調(diào)模塊是數(shù)據(jù)搭載于射頻信號發(fā)射出去。射頻電路中加入波形轉(zhuǎn)換模塊，其作用是將正弦波轉(zhuǎn)換成方波，使之成為標準的邏輯電平。(2)數(shù)字電路部分，該部分電路包括復位應答、防沖突、選擇應用、認證與訪問控制、控制及算術運算單元、加密單元等組成，由于該部分知識與本設計關聯(lián)很小，這里不過多的贅述，有疑問可以參考ic卡技術及其應用。(3)存儲器存儲器也就是ic卡的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，由eeprom存儲器及其接口電路組成，eeprom中的數(shù)據(jù)在ic卡失電后不會丟失。3.5.2 mifare s50卡的訪問操作與命令3.5.2 mifare s50卡的訪問操作與命令mifare s5

48、0卡的存儲器操作包括讀寫，傳送恢復指令等，其具體功能見表7所示。ic卡技術的關鍵在于其存儲數(shù)據(jù)的安全性，即訪問權(quán)限的控制，因此對各分區(qū)的密碼設置和訪問控制都可以獨立定義。其操作命令如表8所示。操作功能說明讀（read）讀一個存儲塊寫（write）寫一個存儲塊加值（increment）使一個存儲塊的數(shù)據(jù)增值并存入內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器減值（decrement）使一個存儲塊的數(shù)據(jù)減值并存入內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器傳送（transfer）將數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容寫如一個存儲塊內(nèi)恢復（reatore）將一個存儲塊的內(nèi)容讀入數(shù)據(jù)寄存器表7 mifare s50卡存儲器操作說明命令代碼英文縮寫命令功能26hreqidl只對未處于

49、暫停狀態(tài)的ic卡發(fā)送請求應答命令52hreqall對所有ic卡發(fā)送請求應答命令93hanticoll1防沖突60hauthent1a驗證a密鑰61hauthent1b驗證b密鑰30hread讀塊a0hwrite寫塊c0hdecrement減值c1hincrement加值c2hrestore恢復b0htransfer傳送50hhalt暫停表8 mifare s50卡的操作命令字3.5.3 讀卡器模塊讀卡器是智能卡系統(tǒng)中卡片與用戶系統(tǒng)之間的橋梁。一個應用系統(tǒng)要從一個非接觸的數(shù)據(jù)載體中讀出數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)到一個非接觸的數(shù)據(jù)載體中去，它需要一個非接觸式讀卡器作為接口。讀卡器的基本任務就是啟動數(shù)據(jù)載體(應答器)，與這個數(shù)據(jù)載體建立通信并且在應用軟件和一個非接觸式數(shù)據(jù)載體之間傳送數(shù)據(jù)。非接觸式射頻通信的所有具體細節(jié)，如建立通信、防止碰撞或身份驗證，均由讀卡器處理。這里設計采用的是mf rc500讀卡芯片。由鄭州萬光智能卡科技有限公司設計的模塊。該模塊是在rc500芯片的基礎上進行設計的，對于rc500芯片的指令進行了精簡，操作方法也比直接操作rc500