【正文】 ............. 31 附 錄 1 ......................................................................................................................... 32 附 錄 2 ......................................................................................................................... 33 附 錄 3 ......................................................................................................................... 34 xxxxxxx 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 1 1 緒 論 課題研究的背景及意義 隨 著樓宇自動(dòng)化的迅速發(fā)展，自動(dòng)抄表系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)、家居安防系統(tǒng)都將是樓宇智能化系統(tǒng)不可缺少的一部分，正在被越來(lái)越多的現(xiàn)代建筑所采用。 如何利用高科技技術(shù)來(lái)保障人們的生活秩序不受影響，同時(shí)又能保證管理公司的工作能正常 開展，解決的途徑是必須要有一套合理的、可靠的、完善的系統(tǒng)方案。 因此 本文介紹一種水表的出戶計(jì)量系統(tǒng) [3]。解決用水收費(fèi)糾紛的功能，這是其它三種抄表方式及普通水表上門抄表方式所不能比擬的，并且智能卡水表如同普通 水表，無(wú)需敷設(shè)線管及線路維護(hù)，安裝方便。 xxxxxxx 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 2 認(rèn)真分析其技術(shù)因素和消費(fèi)者心理因素，智能卡水表主要存在下列問題： ① 智能卡水表未聯(lián)網(wǎng)使得每戶水表在使用中帶有某種私有特性，若有住廣故意用假卡 （ 智能卡被破譯、偽造 ） 或改動(dòng)表體使計(jì)數(shù)裝置失靈或不準(zhǔn)，對(duì)此自來(lái)水公司和物業(yè)公司難以監(jiān)控，造成利益損失；再次，因無(wú)法確知各表用水量使得自來(lái) 水公司對(duì)用水量的統(tǒng)計(jì)、供水調(diào)度和均衡都較為困準(zhǔn)。 (2) 分線制集中抄表方式 （ 多戶表數(shù)據(jù)通過分戶線分路連接至抄表器抄表器再組網(wǎng)至小區(qū)監(jiān)控電腦并通過電話網(wǎng)到城市用水監(jiān)控中心 ） 分線制集中抄表方式是我國(guó)現(xiàn)今自動(dòng)抄表系統(tǒng)的主要模式。錯(cuò)綜 夏雜的線路更使行維護(hù)工作困難重重。 (3) 無(wú)線發(fā)射式水表 （ 不聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程無(wú)線發(fā)射與接收 ） 英國(guó) ABB 公司開發(fā)的無(wú)線發(fā)射式水表，除安裝常規(guī)數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)模塊外，另設(shè)置無(wú)線發(fā)射裝置，通過遠(yuǎn)程接 收裝置接收信號(hào)，此種水表不需敷設(shè)線路和線路維護(hù)、安裝方便。德國(guó) MEILEK 公司及以色列 ARAD公司憑借雄厚的資金和在市場(chǎng)中己有的一定優(yōu)勢(shì)，大規(guī)模使用總線制智能水表。 由于各農(nóng)輸出的總線只需掛接，可以減少分線制抄表方式大量煩瑣的布線、系統(tǒng)調(diào)試任務(wù)以及后期使用過程中線路、系統(tǒng)維護(hù)等繁重勞動(dòng)強(qiáng)度，也方便高層次設(shè)計(jì)如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、與其他系統(tǒng) （ 如安防、照明、空調(diào)、消防 ） 共享開放式網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，進(jìn)而為用戶提供完善、綜合的配套服務(wù) [4]。 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 4 2 水表測(cè)量的總體設(shè)計(jì) 水表測(cè)量總體硬件設(shè)計(jì) 水表系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 目前，水表計(jì)量是以傳統(tǒng)的機(jī)械式水表為母表，只要對(duì)其進(jìn)行改裝，使機(jī)械字輪轉(zhuǎn)動(dòng)與脈沖計(jì)數(shù)相對(duì)應(yīng)，就可制造出使數(shù)據(jù)易于傳輸?shù)母难b水表。它具有兩個(gè)數(shù)據(jù)傳遞接口，一個(gè)實(shí)現(xiàn)同集中器的數(shù)據(jù)通信，完成對(duì)每個(gè)水表的數(shù)據(jù)采集工作。當(dāng) 和水表計(jì)費(fèi)拒連接時(shí)，通過鍵盤輸人啟動(dòng)終端機(jī)工作，并將其采集的計(jì)量表數(shù)據(jù)、表號(hào) （ 唯一 ） 、抄表時(shí)間存入抄表器的存貯器內(nèi)。通常的顯示器件有液晶顯示器和數(shù)碼管顯示器，可以說(shuō)它們各有利弊。可見液晶顯示器在使用中有眾多的優(yōu)勢(shì)，其中最明顯的就是低功耗，消耗電流一般是 μA級(jí)的。為了降低功耗，芯片 大都 選 用 CMOS低功耗器件 [6]。 改造后的水表的計(jì)量原理與傳統(tǒng)的機(jī)械式水表的計(jì)量原理相似。 流量測(cè)量計(jì)算中常用到的流體參數(shù)及其相應(yīng)的計(jì)算公式： (1) 流體密度：表示單位體積內(nèi)的液體的質(zhì)量，見式 (31) ? =vm (31) (2) 流體粘度：表示流體內(nèi)摩擦力的一個(gè)參數(shù)，見 式 (32) dhdv??? (32) 式中 ?——單位面積上的內(nèi)摩擦力， Pa ?——流體流動(dòng)速度， m/s dhdv ——速度梯度， 1/m h——兩流體層間距離， m 動(dòng)力粘度是指絕對(duì)粘度或者粘性動(dòng)力系數(shù)，其物理意義為兩層流體間的速度梯度為 1時(shí)候，接觸液層間單位面積上產(chǎn)生的剪切效應(yīng)力，也可以理解 為兩個(gè)相距 1m2面積哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 8 各為 1m2的流體層以相對(duì)速度 1m/s移動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生的相互間的作用力，見式 (33) ??? (33) (3) 流量：流體在單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于流速的橫截面上的流體數(shù)量， 見式 (34) AVQ ?? (34) 式中 V——平均速度 A——流體通過的面積。 單片機(jī)485 轉(zhuǎn)換芯片存儲(chǔ)芯片水表改裝電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置水表計(jì)費(fèi)柜 圖 31 改裝水表的組成 該控制電路主要由單片機(jī)、 RS485 轉(zhuǎn)換芯片和 E2PROM 存儲(chǔ)芯片等三部分組成，并接有蜂鳴器和電 機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能和自動(dòng)關(guān)閥功能。居民住宅內(nèi)的水表通過 RS485 總線連接到水表計(jì)費(fèi)哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 9 柜內(nèi)，箱內(nèi)有電源給樓上的水表供電，同時(shí)也給抄表器 供電 [8]。僅在兩觸點(diǎn)接觸的瞬間有微小的消耗，可見在水表中選用磁電式干簧管傳感器將大大降低系統(tǒng)的功耗。當(dāng)有水流過時(shí)，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)行星齒輪減速機(jī)構(gòu)上的小磁鋼，驅(qū)動(dòng)干簧管開閉。 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 10 4 抄表器的硬件組成 CPU 的選擇 用單片機(jī)作為智能系統(tǒng)的核心部件，是目前作為智能儀表的設(shè)計(jì)的一般方法，目前市場(chǎng)上的單片機(jī)從數(shù)據(jù)總線寬度上 來(lái)分主要有 8位機(jī)、 16位機(jī)、 32位機(jī)，其中 32位單片機(jī)在語(yǔ)音處理、圖象數(shù)字處理等數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)用的范圍這幾年得到廣泛的運(yùn)用，但在工業(yè)測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)，占主導(dǎo)地位的還是 8位機(jī)和 16位機(jī)，對(duì)本課題涉及的帶有RS485模塊功能的抄表器的設(shè)計(jì)，運(yùn)用單片機(jī)的主要目的是構(gòu)成一個(gè)既能與 RS485模塊進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，又能與另外一個(gè)計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它所處理的信息量和復(fù)雜程度用 8位機(jī)已經(jīng)足夠了，對(duì)單片機(jī)主要的要求是帶有串行通信功能即可滿足要求，目前，無(wú)論 Intel、 Philips、 Microchip、 Motorola、 Atmel等著名的半導(dǎo)體企業(yè)，還是市場(chǎng)份額較小的半導(dǎo)體廠商，其生產(chǎn)的單片機(jī)都能滿足本課題的要求。近幾年，市場(chǎng)上出現(xiàn)了具有雙串口的 CPU，如 Winbond公司生產(chǎn)的 W77E5 Cygnal公司生產(chǎn)的 C8051F0 Freescale公司生產(chǎn)的S12系列單片機(jī)等，在本課題中，考慮對(duì) MCS51單片機(jī)系統(tǒng)的熟悉程度以及設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的原則，通信機(jī)和集中器均選用具有雙串口功能的 W77E58做 CPU。當(dāng) EA保持高電平時(shí)，處理器訪問內(nèi)部 ROM。 ALE O 地址鎖存使能： ALE 用于將 P0 口地址鎖存，使其和數(shù)據(jù)分離。 *TAL2 O 石英晶體 2：晶體振蕩器的輸出。 ～ I/O 端口 1：端口 1 是一個(gè)具有內(nèi)部上拉 電路的雙向 I/O 口。所有位都有復(fù)用功能，如下： R*D()：串行口接收器輸入 T*D()：串行口發(fā)送器輸出 0INT ()：外部中斷 0 1INT ()：外部中斷 1 T0()：定時(shí)器 0 外部輸入 T1()：定時(shí)器 1 外部輸入 WR()：外 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 RD()：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 從圖中看出 W77E58的引腳定義大都與 80C52一樣，只有部分新增加的引腳功能，我們把與 80C52有區(qū)別的管腳描述列表 42。串口 0串口 1比較如表 43： 表 43 串口 0與串口 1比較 比較項(xiàng)目 串口 0 串口 1 控制寄存器 SCON0(98H) SCON1(0C0H) 串行數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF0(99H) SBUF1(0C1H) 中斷允許位 ES() ES1() 中斷優(yōu)先級(jí)控制位 PS() PS1() 中斷入口地址 0023H 003BH 對(duì)于一個(gè)典型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，尤其是工作在無(wú)人值守的場(chǎng)合，看門狗的設(shè)計(jì)是必須的，對(duì)于 80C52系統(tǒng)，我們一般還要設(shè)計(jì)外部的看門狗電路，這里 W77E58配置了看門狗電路，因此，我們直接運(yùn)用即可達(dá)到監(jiān)視 CPU運(yùn)行的目標(biāo)。在本應(yīng)用系統(tǒng)中對(duì) W77E58所用引腳使用分配如表 45[10]。 *1228是美國(guó) *icur公司生產(chǎn)的一款集時(shí)鐘、日歷、 CPU監(jiān)控和 E2PROM于一體的芯片，只需外接一個(gè)低價(jià)格的 、分、時(shí)、日期、星期、月和年進(jìn)行計(jì)時(shí)。如果看門狗定時(shí)器超時(shí)，將激活 Reset引腳。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 *1228特性： (1) 2 個(gè)查詢報(bào)警 ① 中斷請(qǐng)求輸出 ② 可按秒 、 10秒 、 分 、 10分 、 時(shí) 、 日 、 月或星期設(shè)置 (2) 可選的看門狗定時(shí)器 (3) 上電復(fù)位 （ 250ms） (4) 低電壓復(fù)位 （ 復(fù)位門限用戶可設(shè)置 ） (5) I2C串行接口 (6) 4k位 E2PROM（ 字節(jié)寫或頁(yè)寫 ） (7) 塊鎖定保護(hù) (8) 具有內(nèi)部切換電路的備用電源輸入端 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 15 (9) 片內(nèi)振蕩器補(bǔ)償電路 (10) 輸出信號(hào)可選頻率 、 4096Hz、 1Hz (11) 低功耗 CMOS (12) 高可靠性 (13) 工作電壓 5V+10%； ～ (14) 封裝： 14腳 SOIC或 TSSOP小封裝 表 46 *1228引腳說(shuō)明 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 0 J u n 2 0 0 7 S h e e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n g s \ s h i y a n s h i \ 桌面 \ 宋英睿原理圖 1 . D D BD r a w n B y :C8YR 1 2R 1 1V C CX11V c c14X22V b a c k13NC3P H Z / I R Q12NC4NC11NC5NC10R E S E T S C L9V s s7S D A8X 1 2 2 8P1.1P1.0 圖 4２ 時(shí)鐘芯片的連接圖 存儲(chǔ)電 路 電路的接法 E2PROM根據(jù)數(shù)據(jù)的接口方式有并行 E2PROM的和串行的 E2PROM，在存貯速度不是主要矛盾的場(chǎng)合，串行的 E2PROM更具有價(jià)格、功耗、體積等各方面的優(yōu)勢(shì)，本引腳 功能說(shuō)明 *1， *2 片內(nèi) OSC反相放大器輸入和輸 出，直接外 接 RESET 復(fù)位 Vss 電源地 SDA 串行數(shù)據(jù) SCL 串行時(shí)鐘 PHZ/IRQ 可編程頻率 /中斷輸出 Vback 備用電源輸入 Vcc 電源 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 16 設(shè)計(jì)中選用價(jià)格極其便宜的具有 2K字節(jié)容量的 I2C總線結(jié)構(gòu)的 AT24C16作為本系統(tǒng)的串行的 E2PROM， 當(dāng)然集中器中要存儲(chǔ)的信息量要比通信機(jī)要少得多，但因?yàn)槿萘康偷脑撓盗行酒?（ 如 AT24C01/02/04/08等 ） 在價(jià)格上沒有多少明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，通信機(jī)和集中器的 E2PROM用同一種芯片。在一般的 I2C總線器件相互連接時(shí)，一般要求在這兩線上外掛上拉電阻，但由于在本系統(tǒng)中存儲(chǔ)器與 W77E58連接，該 CPU內(nèi)部是沒有 I2C總線的，因此只能用其兩個(gè) I/O口來(lái)模擬 I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，但因 W77E58的 P1口內(nèi)部存在上拉電阻而不再需要 2個(gè)電阻 [12]。 按鍵電路 考慮到本機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能，應(yīng)該具備 ?0～ 9‘十個(gè)數(shù)字鍵和一些必須的功能鍵，因此采用 44 的矩陣式薄膜按鍵。鍵盤原理圖如圖 44 所示 [13]。 RS232 接口標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)電氣協(xié)會(huì)工業(yè) (EIA)正式公布并廣泛實(shí)用的一種串行總線標(biāo)準(zhǔn)。但通常實(shí)際中并不全部使用這 22 根信號(hào)線，而是僅使用其中的 9根，也就是常見的 9 針 RS232 接口如圖 45，在計(jì)算機(jī)主機(jī)的后面所配有的 232 串行口也都是 9 針 RS232 接口。而且 RS232 接口是一種用于近距離 （ 最大 3060m） 、慢速度、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊的通訊協(xié)議， 在 RS232中一個(gè)信號(hào)只用到一