论文书_基于单片机的智能水表设计.doc

目 录 第一章 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 智能水表的结构及特点 1 第二章 智能水表的硬件设计 3 2.1 系统总体设计 3 2.2 水量检测单元设计 4 2.2.1 信号检测元件 4 2.2.2 数模转换芯片的选择 4 2.3 阀门控制单元设计 6 2.3.1 电动阀设计 6 2.3.2 电机控制芯片设计 6 2.4 电源电压检测元件的选择与设计 8 2.4.1 AD586芯片 8 2.4.2 MAX813L芯片 8 2.5 射频卡读写单元设计 11 2.5.1 非接触IC卡的工作原理 11 2.5.2 非接触式IC卡选择 11 2.5.3 MF RC500芯片概述 12 2.5.4 MF RC500引脚功能 13 2.5.5 MF RC500与单片机的连接 14 2.6 LED显示单元设计 15 2.6.1 ICM7218简介 15 2.6.2 ICM7218的引脚 15 2.6.3ICM7218的显示模式 16 第三章 智能水表的软件设计 17 3.1 主程序及初始化模块的软件设计 17 3.2 MFRC500软件编程 18 3.2.1 MIFARE1卡的操作流程 18 3.2.2主要函数实现原理介绍 19 3.3 MAX813L的程序设计 20 第四章 小 结 21 致谢 23 参考文献 24 附录1 25 附录2 26 附录3 32 附录4 36 绪论 引言 随着我国经济的快速发展，现代高科技产品的不断涌现，智能卡的应用已逐步融入人们的生活，射频卡以其良好的可靠性和方便的操作及其本身非接触等特点, 成为智能IC卡[1]的首选。 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。用户采用“先用水后付费”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。智能水表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;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[2]。 智能水表的结构及特点 智能水表是一种以单片机为主体，结合计算机技术与测量控制技术，利用现代微电子技术、现代传感技术、智能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。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进行自动控制，同时可以进行用水数据存储。由于其数据传递和交易结算通过智能卡进行，因而可以实现由上门抄表收费到用户自行交费的转变。 与传统水表相比，智能水表有以下特点: (1) 可以实现先交费再供水的用水模式。这是大家都普遍认可的一个优点。供水部门不仅解决了拖欠交费的老大难问题，还可以提前收到资金。 (2) 改变了入户抄表收费的模式。这种模式改变的意义是巨大的。由于城市规模 不断扩大和居民户数快速增加，供水部门抄表和收费的工作量将不断加大。沿用传统的上门抄表模式，将很难适应这种变化。采用智能水表将可以从根本上改变抄表收费的模式。特别是随着人们家庭安全意识和隐私意识的增强，入户抄表和上门收费等随意进入私人住户的做法逐渐不受欢迎甚至受到抵制。 (3) 可以有效解决一些技术难题，比如阶梯式水价等较为复杂的用水管理模式。显然采用普通水表和人工抄表的模式，是难以解决这些技术问题的。 (4)当然，智能水表还有其它的优点，比如可以有效解决用水纠纷，贪污水费、用水统计困难等。 智能水表的硬件设计 系统总体设计 射频卡智能水表[3]系统组成如图1所示，主要分为以下几个部分：单片机AT89C51、电源检测、用水检测电路、阀门控制模块、液晶显示模块、射频卡读写模块等。 图2-1 图2-1中，控制器采用AT89C51单片机[4]，有4KB的内部Flash程序存储器，可实现3个级别的程序存储器保护功能；单簧管用于检测水的流量；电源检测模块主要用于检测电池电量以提供系统稳定的电压；LED显示模块作为人机交互接口，方便用户查询用水信息或自来水公司查询水表工作状态；用户的供水由阀门控制模块控制，当用水量余额不足或电池电量不足时，阀门关闭；用户还可通过读写卡模块向水表充值，实现用水金额的预付。 水量检测单元设计 信号检测元件 智能水表的采集装置对于仪表本身的测量精度非常重要，是水表设计中较为关键的环节。小型干簧管传感器[5]触阻抗低、无待机功耗、可靠性好的。作为磁传感器，在磁铁进入干簧管吸合临界区的时候，干簧管会产生多次吸合，导致重复计量。为了提高计量的准确性和抗干扰性，在产品中采用双传感器设计。无论单个传感器吸合多少次都按照吸合一次计算，只有两个传感器各吸合一次才算是一次有效计量。干簧管工作原理：当磁铁靠