【正文】 顯示電路的設(shè)計顯示電路作為水表的輸出接口，顯示剩余水量、用水總量等信息。 報警電路的設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)需要，我們設(shè)計了一個報警電路。R1RR21為限流電阻[2] [10]。圖中ICCARD為標準IC卡座，其T、P端用作到位檢測開關(guān),()。C1：VCC，工作電壓；C3：SCL（CLK），串行時鐘；C5：GND；C7：SDA（I/O），串行數(shù)據(jù)（輸入/輸出）；C2，C6：NC，未接。 基于AT24C0X系列的IC卡AT24C0X系列IC卡是美國ATMEL公司生產(chǎn)的存儲式IC卡。：電阻R2R25為上拉電阻。采用I2C總線標準的單片機或IC器件，其內(nèi)部不僅有I2C接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對獨立的模塊，通過軟件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接 。為了完成此功能，必須在單片機外部加一個E2PROM，完成這些數(shù)據(jù)的存儲。 片外數(shù)據(jù)存儲器的設(shè)計在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，考慮到智能水表在使用過程中可能出現(xiàn)失電的情況。可以利用壓敏電阻的上述特性來吸收各種干擾過電壓。 氧化鋅壓敏電阻的電氣性能。D1為續(xù)流保護的作用。 控制閥的關(guān)斷情況值得注意的是，由于繼電器和脈沖開關(guān)電磁閥都是較大容量的感性負載，因而在切斷這些感性負載時，會產(chǎn)生很大的電流和電壓變化率，從而形成瞬變噪聲干擾，成為系統(tǒng)中電磁干擾的主要原因，引外，繼電器通斷所造成的電火花和很強的電弧也產(chǎn)生了很大的電磁干擾。正常供水情況下，電磁閥自鎖于常開狀態(tài)，驅(qū)動機構(gòu)不消耗電能，只有當購買的噸位數(shù)用完時，才由固態(tài)繼電器驅(qū)動電磁閥關(guān)閉開關(guān)，并自鎖于常閉狀態(tài)，重新購水插卡后，再次送電開啟。目前可控制的閥門主要是電磁閥，但常規(guī)的電磁閥是靠電的通/斷來控制閥門的開/關(guān)的，即要讓閥門一直關(guān)著，就必須一直通電，因此耗電較大，不符合本水表低功耗的要求。即水表葉輪轉(zhuǎn)動一周，脈沖檢測信號W_IN存在一個由高到低的跳變。經(jīng)過處理后的電平信號，送單片機的外部中斷（）進行計數(shù)處理。選擇此傳感器作輸入信號測量的傳感器，既滿足了準確計量的基本要求，又滿足了低功耗設(shè)計的需要，是本低功耗設(shè)計的重要組成部分。由于WG系列韋根傳感器具有以上的眾多的特點，特別是其幾乎不需要外界能量的輸入。(2) 使用雙磁極交替觸發(fā)工作方式，觸發(fā)磁場極性變化一周，傳感器輸出一對正負雙向脈沖電信號，信號周期為磁場交變周期。 非對稱驅(qū)動方式在對稱驅(qū)動方式中，采用兩塊磁場強度大小相等但極性相反的磁鐵，一塊磁鐵首先將Wiegand線的外殼和內(nèi)芯按同一方向進行滲透，(a)所示；再將Wiegand線切換到第二塊磁鐵，在這過程中，首先線芯的極性改變，(b)所示；然后外殼的極性發(fā)生改變，這一作用在檢測線圈中產(chǎn)生一個方向的電壓脈沖輸出，(c) 所示；接著，再將Wiegand線轉(zhuǎn)回到第一塊磁鐵，首先內(nèi)芯的極性改變?yōu)槠鹗嫉臉O性，(d) 所示；其次外殼的極性也隨之改變?yōu)槠鹗嫉臉O性，(e) 所示[6]。隨著外磁場強度的增加，外殼的極性也隨之發(fā)生變化，這樣置于Wiegand線附近的線圈就能檢測出極性的轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生電壓脈沖輸出。 Wiegand(韋根)傳感器1. Wiegand傳感器組成Wiegand傳感器由三部分組成：(1)Wiegand線；(2)檢測線圈，將其纏繞在Wiegand線上，或放置在Wiegand線附近；(3)磁鐵。 但是，從對上述對霍爾開關(guān)傳感器的原理描述中可以看出，霍爾開關(guān)傳感器中必須對霍爾效應(yīng)片輸入控制電流、同時其內(nèi)部還有差分放大器等具有較大功耗的器件，典型的集成式霍爾開關(guān)傳感器耗電為mA級，因此，霍爾開關(guān)傳感器不適合應(yīng)用在本低功耗設(shè)計中。由霍爾片和處理電路構(gòu)成了集成化霍爾開關(guān)傳感器，其基本原理是將由霍爾效應(yīng)片所產(chǎn)生的電動勢由內(nèi)部差分放大器進行放大，然后被送往施密特觸發(fā)器。產(chǎn)生復(fù)位信號的電路圖如下所示[5]。在本設(shè)計中，我們采用的外接晶振頻率約6MHz，因此機器周期約2μs。可以保證程序運行速度即保證了控制的實時性。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 單片機AT89C2051簡介AT89C2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（Flash）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲的技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。顯然AT89C2051單片滿足I/O端口數(shù)、所需要的容量等要求。(5) 單片機的極限性能是否能夠滿足要求。(1) 單片機的CPU是否有合適的處理能力。 微處理器 微處理器是本設(shè)計中的核心器件。當剩余水量低于一定量，如5m3，卡表報警提示用戶購水。 主系統(tǒng)框圖IC卡智能水表工作原理：首先由用戶購買IC卡（即用戶卡），并攜IC卡至收費工作站交費購水，工作人員將購買水量等信息寫入卡中。 主系統(tǒng)的構(gòu)成根據(jù)設(shè)計要求，所要設(shè)計的系統(tǒng)除了解決最基本的正常供水還應(yīng)具有一定的智能功能。綜合考慮以上三種方案，根據(jù)現(xiàn)在的各種實際情況、現(xiàn)有技術(shù)水平和設(shè)計要求，我們選擇了第三種方案基于89C2051單片機的IC卡智能水表系統(tǒng)來進行設(shè)計。 方案選擇從投入成本來看，方案二需要建立一整套的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所需設(shè)備多，前期所需經(jīng)濟投入最大，方案一次之，方案三最低。優(yōu)點：在用戶不繳費的情況下可自動斷水，有效控制收費單位的資金回籠，不需要人工上門抄表、收費，減少抄表員。節(jié)點故障自動關(guān)閉，不影響網(wǎng)絡(luò)性能，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且不關(guān)閉總線即可任意掛接或拆除節(jié)點，方便了系統(tǒng)的調(diào)試和維護。2. 方案二：基于CAN總線的智能水表自動抄收系統(tǒng)工作原理：自動抄收系統(tǒng)主要由小區(qū)管理中心計算機(主控機)、水表數(shù)據(jù)采集器、采集服務(wù)器、中繼站等幾個部分組成，是一種智能化多用戶能耗集中自動抄收系統(tǒng)。下面對它們的工作原理及其優(yōu)缺點進行了簡要地分析。當恢復(fù)供電后，數(shù)據(jù)自動恢復(fù)。2. 自動供停水功能：當剩余水量為0時，自動關(guān)閉閥門；購水后，閥門開啟。最終確定為采用基于AT89C2051單片機的IC卡智能水表方案。然后根據(jù)課題任務(wù)的要求設(shè)計出實現(xiàn)控制任務(wù)的硬件結(jié)構(gòu)及其原理圖和相關(guān)軟件程序，并進行訪真調(diào)試?？偟恼f來，IC卡智能水表是一種先進的計量儀表，對這種先進儀表的大規(guī)模推廣使用將會有力促進中國供用水管理的現(xiàn)代化進程。因為從實際情況看，現(xiàn)在的IC卡智能水表確實還存在著許多影響其大規(guī)模推廣使用的問題。當然，在密集度較高的建筑群里采用的一線四表控制系統(tǒng)也是值得推廣和具有合理發(fā)展前景的。所以，它們不是一種沖突關(guān)系，而是一種相承關(guān)系。 那么，現(xiàn)在普遍采用的單體式智能儀表模式與將來的網(wǎng)絡(luò)化管理模式是否會發(fā)生沖突呢，我的看法是不會，相反，還會促進網(wǎng)絡(luò)化管理模式的形成。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，應(yīng)當才是好的和有效率的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而且，僅僅為了提取用水信息就要構(gòu)建一個信息網(wǎng)絡(luò)，從經(jīng)濟角度講也不合算。這不僅是中國的一種趨勢，也將成為世界性的趨勢。采用IC卡智能水表進行交易結(jié)算，不但實現(xiàn)了用水收費的電子化，而且還改變了先用水后收費的不合理狀況，使的供水部門能預(yù)先收取部分費用，有利于公用事業(yè)的發(fā)展。IC卡智能水表除了可對用水量進行記錄和電子顯示外，還可以按照約定對用水量自動進行控制，同時可以進行用水數(shù)據(jù)存儲的功能。為適應(yīng)國家對用水制度的改革，研究和利用現(xiàn)代化智能技術(shù)對自來水實行自動監(jiān)控，減輕供水部門因“先供水后收費”造成的資金壓力，減少每月抄表收費帶來的麻煩和因收費問題帶來的糾紛，用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段改變自來水供水管理體制的落后現(xiàn)狀勢在必行。由于歷史的原因，我國大部分城市居民使用自來水，都是在區(qū)域性水站供水基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展成為以單位住宅區(qū)或以樓棟、單元為一戶由自來水公司抄表收費的。 根據(jù)世界銀行的數(shù)據(jù)，我國人均水資源占有量只有2200立方米，這個數(shù)字僅相當于世界人均水資源占有量的四分之一。水資源作為生態(tài)環(huán)境中的重要資源，是人類生活的生產(chǎn)中不可取代的資源，對一個國家的生存和發(fā)展也是極為重要的?；趩纹瑱C的IC卡智能水表控制系統(tǒng)設(shè)計第1章 緒 論本章介紹了本研究課題的背景及意義，闡述了其發(fā)展狀況。 本研究課題的背景及意義環(huán)境與發(fā)展，是當今國際社會普遍關(guān)注的重大問題，保護環(huán)境是全人類的共同任務(wù)。在我國600多個城市中，目前有400多個城市供水不足，其中嚴重缺水的城市有110個，城市年缺水總量達60億立方米。自來水事業(yè)作為用水資源的重要組成部分，它關(guān)系到人民生產(chǎn)和生活的各個方面。這種傳統(tǒng)收取水費的做法需要的工作人員多，費時費力，效率低，常常遇到用戶欠繳、遲繳或漏繳水費等問題。這與傳統(tǒng)水表一般只具有流量采集和機械指針顯示用水量的功能相比，是一個很大的進步。IC卡智能水表及其管理系統(tǒng)的出現(xiàn)，將從根本上解決了已上問題。 本研究課題的發(fā)展趨勢隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，加上國家相關(guān)政策的推動，民用計量儀表的智能化將是一個必然的發(fā)展方向。但是目前，由于網(wǎng)絡(luò)式智能儀表系統(tǒng)的建立條件不成熟，且沒有相關(guān)系統(tǒng)相配合，所以，單獨在一個部門大規(guī)模推動建立網(wǎng)絡(luò)式智能儀表系統(tǒng)的優(yōu)點顯現(xiàn)不出來。同時，這種網(wǎng)絡(luò)式智能儀表管理系統(tǒng)又與個人金融網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合使用。現(xiàn)在采用的單體式智能儀表將來就可以作為網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的智能儀表終端?！　「鶕?jù)以上的分析，我認為，現(xiàn)在采用的單體式智能儀表發(fā)展模式是合理的，是適合現(xiàn)時需求并具有主流特征的。但是，為什么現(xiàn)在IC卡智能水表的推動工作還很困難呢？這不難理解。比如，現(xiàn)在這種在老式水表上取信號的模式，將會由先進的水流量信號提取裝置代替，機械計量和機械顯示部分會被淘汰，而表和閥將會集中在一體等等。 本文的工作詳細分析課題任務(wù)，對IC卡智能水表的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，并對現(xiàn)代傳感器技術(shù)、IC卡技術(shù)和智能水表控制的原理進行了深入的研究，并將其綜合。第2章 設(shè)計思想與方案論證 本章對智能水表的設(shè)計思想做了詳細的介紹，并在設(shè)計思想的基礎(chǔ)上提出了三種智能水表的設(shè)計方案，還針對它們各自的工作原理和優(yōu)缺點進行了簡要分析。自動相減，并且存入E2PROM以防丟失。　　5. 掉電自動保護數(shù)據(jù)功能：掉電后，數(shù)據(jù)依然可以被保存?！　?. 欠電自動關(guān)閉系統(tǒng)的功能：當電池電壓或電池容量掉到規(guī)定數(shù)值后，意味著電池可能已經(jīng)快沒有電了，此時，水表應(yīng)會自動將閥門關(guān)閉并使系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，并報警提示。 方案比較 針對上述設(shè)計思想，提出了三種智能水表的設(shè)計方案。缺點：(1) 初始化及維護工作量大；(2) 磁鐵強磁場干擾；(3) 電能耗費。采用點對點、一點對多點、全局廣播等幾種方式，數(shù)據(jù)收發(fā)靈活，可實現(xiàn)全分布式多機系統(tǒng)，且無主從機之分，便于實現(xiàn)設(shè)備異常主動報警。3. 方案三：基于89C2051單片機的IC卡智能水表系統(tǒng)工作原理：以接觸IC卡或非接觸射頻卡作為媒介，將各種信息輸入表中控制系統(tǒng)來自動開關(guān)閥門(供水或停水)，由用戶到自來水公司網(wǎng)點先預(yù)購買水量，再將用水量通過IC卡輸入表中控制系統(tǒng)，等水量用盡即自動關(guān)閥并中斷水的供應(yīng)，報警器在設(shè)定水量用完之前會自動報警以提醒用戶購水，達到“先買水、后用水”的目的。該方案所設(shè)計的IC卡智能水表主要由開關(guān)閥門控制模塊、流量采樣模塊、微處理器、電源模塊、IC卡讀寫模塊、數(shù)據(jù)存儲器模塊、顯示模塊等組成[2]。從長期效益來看，隨著技術(shù)的成熟，社會各行各業(yè)網(wǎng)絡(luò)化進程的加速，方案二必定是今后的發(fā)展趨勢，它所達到的效益最佳，方案三次之，方案一最差。還對各種器件的選擇（如微處理器、傳感器等）做了詳細的分析。系統(tǒng)時鐘采用外接晶振方式，約為6MHz。用戶在用水過程中，卡表內(nèi)剩余水量相應(yīng)減少。此外，在發(fā)生人為故意破壞時，閥門也會關(guān)閉[2]。 單片機的選型單片機的選型從以下幾個方面考慮：1. 單片機的系統(tǒng)適應(yīng)性適應(yīng)性指單片機能否完成應(yīng)用系統(tǒng)的控制功能，它主要從以下幾個方面體現(xiàn)。(4) 單片機片內(nèi)是否有系統(tǒng)所需的外接口。然而對本設(shè)計來說，根據(jù)其系統(tǒng)所要應(yīng)用的需要：主要是其應(yīng)用的引腳、應(yīng)用所需要的容量以及在制作過程中所要考慮的體積、價格及供應(yīng)等因素。另外考慮到在調(diào)試過程