【文章內(nèi)容簡介】 ................................................................................................ 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，正在被越來越多的現(xiàn)代建筑所采用。所以實(shí)現(xiàn)水表自 動(dòng)計(jì)費(fèi)，已成為新型智能住宅小區(qū)的發(fā)展的趨勢。作為一座現(xiàn)代化高檔住宅小區(qū)，如何合理解決樓內(nèi)的水表費(fèi)用收取，這是一個(gè)十分重要的問題， 以往 人工抄表費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，易漏抄誤抄， 代做計(jì)算機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)的請聯(lián)系 qq 6526558，各種論文參考網(wǎng)站 抄表不到位，其次這種方式容易摻雜人為因素，管理困難 [1]。這種抄表方式，使得抄表時(shí)間跨度大，準(zhǔn)確度低，無法做到同一時(shí)間抄表，不能準(zhǔn)確反映數(shù)據(jù)，同時(shí)增加了用水的成本。 如何利用高科技技術(shù)來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。 所以為此開發(fā)了一種新型的抄表系統(tǒng) —— 自動(dòng)抄表系統(tǒng) [2]。 自動(dòng)抄表系統(tǒng) (Automatic Meter Reading systemAMRS)是一種不需要人員到現(xiàn)場就能完成抄讀用戶用水量的系統(tǒng)， 自動(dòng)抄表是指采用 當(dāng)代微機(jī)技術(shù)，數(shù)字通訊技術(shù)與水表計(jì)量技術(shù)完美結(jié)合，集計(jì)量、數(shù)據(jù)采集、處理于一體，將城市居民用水信息加以綜合處理的系統(tǒng)，使自來水公司及物業(yè)部門從根本上減少人工上門抄表的繁雜勞動(dòng)強(qiáng)度。準(zhǔn)確而便捷的收費(fèi)系統(tǒng)，既可節(jié)省人工又可減少供水部門與客 戶之間的糾紛， 這對于提高水力部門的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的意義。 因此 本文介紹一種水表的出戶計(jì)量系統(tǒng) [3]。 國內(nèi)外研究的動(dòng)態(tài) 當(dāng)前自動(dòng)抄表系統(tǒng)產(chǎn) 品 有四大類型： (1) 智能卡水表 （ 不聯(lián)網(wǎng)，不抄表，通過預(yù)付費(fèi)管理用水 ） 智能卡水表是在當(dāng)今智能卡技術(shù)與市場迅猛發(fā)展。單個(gè)智能卡及單個(gè)刷卡機(jī)性能價(jià)格比日益提高的特定時(shí)期應(yīng)運(yùn)而生的，居民須在自來水公司指定售卡點(diǎn)預(yù)購水后刷卡方能使用。它具有限量用水。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，無需敷設(shè)線管及線路維護(hù)，安裝方便。維護(hù)簡單，另外智能卡水表單表自帶采集、電源部分、電磁閥 （ 電動(dòng)閥 ） 控制、由智能卡讀入可用水量。其技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較簡單，容易消化。因而正在投入和正打算投入智能卡水表開發(fā)的公司很多，有些己形成一定規(guī)模。 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)，對此自來水公司和物業(yè)公司難以監(jiān)控，造成利益損失；再次，因無法確知各表用水量使得自來 水公司對用水量的統(tǒng)計(jì)、供水調(diào)度和均衡都較為困準(zhǔn)。 ② 電動(dòng)閥 （ 電磁閥 ） 若不能正確、嚴(yán)格開閉，智能卡水表也失去控制用水量的意義。 ③ 水損無法平攤，未抄表到戶的樓盤其物業(yè)公司難以接受。 ④ 國外發(fā)達(dá)國家不提倡智能卡水表發(fā)展，原因是他們認(rèn)為不應(yīng)該讓居民因?yàn)橐粫r(shí)未繳水費(fèi)而失去使用最基本的水資源的權(quán)利。 (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現(xiàn)今自動(dòng)抄表系統(tǒng)的主要模式。分線制集中抄表方式的基本原理大 致相同，即由采集器定時(shí)順序采集來自多路分線連接的水表信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，存儲(chǔ)各采集器之間采用總線制連接，最后連接至計(jì)算機(jī)，其典型特點(diǎn)是各戶表通過分戶線連接至采集器位置。目前國內(nèi)市場上各抄表開發(fā)系統(tǒng)的公司多用此型。 分線制集中抄表模式單純從技術(shù)上講較成熟，也節(jié)約成本 （ 多戶表共享一個(gè)采集器 ） ，但從實(shí)際情況看：分線制刺集中抄表模式存在如下缺點(diǎn)： ① 一次水表的信號是通過戶線穿越較長距離到達(dá)采集器，中途仟何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)疏漏都將使采集器采集不到數(shù)據(jù)，而敷設(shè)分戶線不僅使安裝任務(wù)繁重，也存在許多隱患：短線、斷線。錯(cuò)綜 夏雜的線路更使行維護(hù)工作困難重重。 ② 采集器均安裝于現(xiàn)場，需專業(yè)人員調(diào)試系統(tǒng)并定期巡視維護(hù)、專業(yè)隊(duì)伍日益壯大，維擴(kuò)費(fèi)用也相應(yīng)劇增。 ③ 分線制集中抄表模式的風(fēng)險(xiǎn)不僅以是各表風(fēng)險(xiǎn)的簡單累加。如果采集器掉電或出現(xiàn)其他嚴(yán)重故障則會(huì)使該采集器上的所有戶表數(shù)據(jù)丟失，集中抄表的風(fēng)險(xiǎn)無法有效分散，與測控系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的集中管理、分散控制的分布式設(shè)計(jì)思想相違背。 (3) 無線發(fā)射式水表 （ 不聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程無線發(fā)射與接收 ） 英國 ABB 公司開發(fā)的無線發(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)置無線發(fā)射裝置，通過遠(yuǎn)程接 收裝置接收信號，此種水表不需敷設(shè)線路和線路維護(hù)、安裝方便。由于單表設(shè)置無線發(fā)射裝置，表體費(fèi)用高，加上占用頻點(diǎn)需長期交付一定的租用金和管理費(fèi)，這種水表我國可能暫時(shí)難以接收。 (4) 總線制智能抄表方式 （ 水表上直接安裝采集模塊，可聯(lián)網(wǎng)抄表或單獨(dú)抄表，xxxxxxx 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 3 組網(wǎng)方便 ） 總線制智能抄表系統(tǒng)開發(fā)由來已久，只是由于單表內(nèi)設(shè)單片機(jī)和后備電源，成本較高，推廣普 比 較慢。 然而國外幾家大水表公司如英國 ABB 公司。德國 MEILEK 公司及以色列 ARAD公司憑借雄厚的資金和在市場中己有的一定優(yōu)勢，大規(guī)模使用總線制智能水表。由于規(guī)模效應(yīng)，這些公司定做了一體化芯片 （ 將采集、存儲(chǔ)傳輸電路集成于一體、掩模為一塊專用芯片 ） 、制作固件并裝配到表體上。 總線制智能水表由于采集計(jì)數(shù)工作單元均裝配在智能水表內(nèi)并密封，水表的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、等基礎(chǔ)工作全由智能卡水表本身完成，手抄器或電腦不參與底層數(shù)據(jù)采集，僅進(jìn)行通訊聯(lián)系，消除了外界因素對計(jì)量的影響。另外因智能水表引出的總線通、斷不影響單表數(shù)據(jù)采集和保存 （ 僅影響本人數(shù)據(jù)的讀出 ） ，也不影響其它水表數(shù)據(jù)的讀出，即使本次讀數(shù)時(shí)該表總線出現(xiàn)故障，只需重新掛接好總線，無需重新置數(shù)，水表的真實(shí)讀數(shù)仍可繼 續(xù)讀出，其安全性、穩(wěn)定性是比較可靠的。 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]。 本文的工作 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究的是抄表器，接口通訊等問題。分為四個(gè)部分：第一是水表的改裝工作，利用傳感器把水表的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成為電信號，供集中器采集數(shù)據(jù)；第二是抄表器的設(shè)計(jì)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)的抄表 器是一種低功耗的掌上用機(jī)，抄表器上有 44 鍵盤，供各種功能使用；第三是串行通訊部分，采用了技術(shù)成熟的 RS485和 RS232 數(shù)據(jù)通訊方式，通過 485 總線完成改裝水表與水表集中器，水表集中器與抄表器之間的數(shù)據(jù)傳送，通過 232 總線方式完成抄表器與計(jì)算機(jī)的通訊；其四是用戶操作軟件的開發(fā)，設(shè)計(jì)用戶操作界面，編寫相應(yīng)程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)和顯示。根據(jù)用戶需求，開發(fā)數(shù)據(jù)處理功能，完成數(shù)據(jù)文件的讀寫保存，數(shù)據(jù)可以數(shù)字及圖形方式按用戶要求顯示，并可進(jìn)行濾波、擬合等處理。 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 4 2 水表測量的總體設(shè)計(jì) 水表測量總體硬件設(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)相對應(yīng)，就可制造出使數(shù)據(jù)易于傳輸?shù)母难b水表。水表出戶計(jì)量系統(tǒng)由兩部分組成：一部分是在原機(jī)械式水表的基礎(chǔ)上安裝一個(gè)小電路板構(gòu)成改裝水表，通過 RS485 總線將用水量信息傳輸?shù)綐堑纼?nèi)的水表計(jì)費(fèi)柜 ； 另一部分是便攜式抄表器和裝載著水表計(jì)費(fèi)軟件的計(jì)算機(jī)，通過 RS232 接口構(gòu)成一個(gè)整體。水表出戶計(jì)量系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。 改裝水表水表集中器 抄表器 PC 機(jī)485 傳輸 232 傳輸485傳輸 圖 21 水表抄表系統(tǒng)的原理方 框圖 (1) 傳感器由安裝在水表上的磁鋼和磁電式干簧管組成，完成水量到脈沖的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作； (2) 集中器接收便攜式抄表器的指令，實(shí)現(xiàn)同抄表器的數(shù)據(jù)通信工作，進(jìn)而可對系統(tǒng)中的水表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集； (3) 抄表器是一種便攜式儀表，采用 LCD 點(diǎn)陣顯示，具有良好的人機(jī)對話界面，使抄表員使用方便，便于攜帶。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，完成對每個(gè)水表的數(shù)據(jù)采集工作。另一個(gè)是 RS232 數(shù)據(jù)傳輸接口，可完成同計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信，將便攜式抄表器的數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)，以便進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理 ； (4) 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集程序通過 RS232 接口，從抄表器讀取數(shù)據(jù)，自動(dòng)將數(shù)據(jù)存入已建立的數(shù)據(jù)庫中，以便數(shù)據(jù)庫管理程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而完成整個(gè)水表抄收管哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 5 理工作 [5]。 抄表器總體設(shè)計(jì) 便攜式抄表器正面是一個(gè) 4*4 的鍵盤和一個(gè)液晶顯示器，在抄表器的 下 方有兩個(gè)插座，其中一個(gè)是 9 針插座，和計(jì)算機(jī)的 RS232 接口連接，另一個(gè)是 4 針插座，和水表柜的 RS485 總線相連。 讀水表的計(jì)量數(shù)據(jù)時(shí)，工作人員將抄表器通過 4 針插座與水表計(jì)費(fèi)柜內(nèi)的接口相連接，給抄表器供電，通過對抄表器上小鍵盤的操作完成數(shù)據(jù)采集。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 （ 唯一 ） 、抄表時(shí)間存入抄表器的存貯器內(nèi)。一個(gè)抄表器可存入 32 戶型終端機(jī)的采集數(shù)據(jù)。 工作人員將抄表器通過 9 針 D 型插座和計(jì)算機(jī)連接，由抄表器將存貯的數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)抄表器內(nèi)有時(shí)鐘記錄抄表的時(shí)間，可隨時(shí)查詢某指定水表的數(shù)據(jù)，進(jìn)行校對、添加和修改可疑數(shù)據(jù)等。 顯示是人機(jī)交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性設(shè)備。通常的顯示器件有液晶顯示器和數(shù)碼管顯示器，可以說它們各有利弊。 液晶顯示器在使用中的注意事項(xiàng)： (1) 不能對 它長期施加直流電，否則易造成顯示器的老化； (2) 使用時(shí)必須注意防潮，否則易造成顯示器的損壞； (3) 防止施加過大的壓力； (4) 對于使用的環(huán)境溫度要特別注意，溫度不能太高也不能太低； (5) 防止紫外線的直接照射； (6) 要特別注意防靜電，焊接顯示器時(shí)烙鐵要接地。 隨著顯示技術(shù)的發(fā)展的日新月異，液晶顯示器因其低功耗、重量輕而成為便攜式應(yīng)用中的主流顯示技術(shù)。它不僅可以顯示數(shù)字，漢字，而且還可以顯示圖形。可見液晶顯示器在使用中有眾多的優(yōu)勢，其中最明顯的就是低功耗，消耗電流一般是 μA級的。 無論是數(shù)碼管 顯示還是液晶顯示都有串行和并行兩種顯示方式。并行顯示方式占用硬件資源多，八個(gè)筆劃段和幾個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)控制端都要接到單片機(jī)的 I/O 引腳，但顯示刷新速度快；串行顯示方式占用硬件資源少，僅數(shù)據(jù)鎖存控制端、時(shí)鐘端、數(shù)據(jù)端三個(gè)端口要接到單片機(jī)的 I/O 引腳上，顯示刷新速度較并行顯示方式慢，但足夠滿足本設(shè)計(jì) 7s 時(shí)間顯示數(shù)據(jù)刷新一次的要求，因此本設(shè)計(jì)顯示部分選擇液晶顯示器串行顯示方式。 圖 22 是水表抄表器的硬件原理圖，主要包括單片機(jī)、掉電檢測電路、時(shí)鐘電路、哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 6 存儲(chǔ)器、鍵盤控制電路、顯示電路和電源電路等。為了降低功耗，芯片 大都 選 用 CMOS低功耗器件 [6]。 RS 232 轉(zhuǎn)換芯片4 * 4 鍵盤顯示模塊 單片機(jī)RS 485 轉(zhuǎn)換芯片時(shí)鐘芯片存儲(chǔ)芯片 圖 22 抄表器的組成框圖 哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ) 7 3 水表的改裝設(shè)計(jì) 普通水表計(jì)量原理 普通機(jī)械水表的工作原理是當(dāng)被測液體 （ 水 ） 以一定的流速流經(jīng)水表，液體的動(dòng)能作用于翼輪上，使它旋轉(zhuǎn)，翼輪的轉(zhuǎn)速與被測液體的流速或流量成比例，把翼輪的轉(zhuǎn)速通過轉(zhuǎn)軸上的齒輪傳送出去，經(jīng)減速機(jī)構(gòu)再傳送至積算機(jī)構(gòu)，最后由指針在表盤上顯示出被測液體的總量。一股室內(nèi)住宅供水量不算很大，最常見的是旋翼式水表計(jì)量，它主要由殼體、過濾件 、葉輪盒、葉輪、轉(zhuǎn)軸、調(diào)整器和機(jī)械積算器組成。殼體通過管接頭或法蘭與管道連接：過濾件可以濾除水中的雜質(zhì)和泥沙，避免水表發(fā)生故障和損壞；葉輪盒的四周分上、下兩層并鉆有斜孔，屬多流式，液體由下層斜孔切向流入，經(jīng)上層斜孔流出；葉輪是將液體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)速，屬于水表敏感元件 ； 機(jī)械積算器將由轉(zhuǎn)軸傳送出來的轉(zhuǎn)速進(jìn)行減速、積算并顯示液體總量 [8]。 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。它直接安裝在標(biāo)準(zhǔn)口徑的管道上，借助于水流的動(dòng)能進(jìn)行工作。水表的殼體內(nèi)裝有一個(gè)可動(dòng)葉輪，當(dāng)水流動(dòng)的時(shí)候，推