【正文】 。為了保證系統(tǒng)的正常工作及其安全性，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套可行的電池能量檢測(cè)方案和備用電源方案。下面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 電池能量的檢測(cè)如果想要做出合理的電源管理方案，就需要單片機(jī)能夠隨時(shí)檢測(cè)電路中電池的能量(具體表現(xiàn)是實(shí)際的電壓值)。但是在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)判別電池的能量，由于不用象手機(jī)那樣隨時(shí)顯示電池的容量，根據(jù)水表的特殊性，只要檢測(cè)到一個(gè)固定值，給用戶一個(gè)報(bào)警提示就可以了，這個(gè)電量值的選擇需要滿足一個(gè)量，即讓用戶再有三天的余量，加上關(guān)閥電量就可以了。低電壓檢測(cè)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)來講是個(gè)十分重要的問題，它在某種程度上起到了保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行，避免數(shù)據(jù)出錯(cuò)的作用，智能水表的設(shè)計(jì)中同樣如此。具體地講，應(yīng)該在系統(tǒng)掉電到一個(gè)門限電壓（該門限電壓應(yīng)高于 CPU 的最低運(yùn)行電壓）時(shí)，通過相應(yīng)的電壓檢測(cè)電路把信號(hào)傳遞給 CPU，CPU 及時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件復(fù)位。電壓檢測(cè)器可以選用合泰公司的 HT70XX 系列產(chǎn)品，此產(chǎn)品價(jià)位較低，而且規(guī)格十分齊全。在這里我們選用芯片 HT7039 來監(jiān)視系統(tǒng)供電電平 Vcc，它對(duì)電壓變化十分敏感，在 Vcc 大于 時(shí)，芯片輸出高電平，當(dāng) Vcc 低于 時(shí)，芯片輸出馬上變?yōu)榈碗娖?，從而可以迅速的判斷系統(tǒng)是否掉電。系統(tǒng)除了有靈敏的電源監(jiān)控之外，還可以采用 的鋰電池作為后備電源來支持閥的動(dòng)作，在正常工作時(shí)，鋰電池不參與供電，僅在掉電后提供閥工作的電源，以保證掉電后的一系列正常動(dòng)作 [14]。 超級(jí)電容的應(yīng)用 傳統(tǒng)的智能水表在控制水閥開啟和關(guān)斷時(shí)，普遍采用的方法是內(nèi)裝鋰電池。鋰電 范文范例參考 WORD 格式整理 池的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、能量大、自放電率低等。雖然如此，由于智能水表都沒有設(shè)計(jì)再充電電路，鋰電池使用到一定時(shí)間后，將無法為控制電路提供能量，不得不更換電池。上門為用戶更換電池或水表，這對(duì)于水表生產(chǎn)廠家和自來水公司來說都是一件繁瑣的事情。更危險(xiǎn)的是，電池電量不足的情況出現(xiàn)是隨機(jī)的，如果不精確和及時(shí)的監(jiān)測(cè)電池電量，將無法可靠地關(guān)斷水閥，造成無法計(jì)費(fèi)、逃水現(xiàn)象等情況出現(xiàn)。這是內(nèi)部安裝了鋰電池的智能水表的致命缺點(diǎn)，直接影響到它的推廣和使用。針對(duì)這一問題，水表生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)了很多方案，如：盡量降低功耗，在靜態(tài)時(shí)控制漏電流在 10μA 以內(nèi)，保證電池可以連續(xù)使用 5 年以上，這對(duì)電路的設(shè)計(jì)和元器件的選型提出了更高的要求，增加了設(shè)計(jì)難度和成品檢測(cè)的工序，如加上可靠的電池電量監(jiān)測(cè)電路，也會(huì)使成本增加。 為了解決這一制約智能水表發(fā)展的瓶頸問題，已有不少?gòu)S家嘗試了一種全新的方案，那就是用超級(jí)電容（SuperCapacitor）代替鋰電池應(yīng)用于智能水表。超級(jí)電容是近幾年才批量生產(chǎn)的一種無源器件，性能介于電池與普通電容之間，具有電容的大電流快速充放電特性，同時(shí)也有電池的儲(chǔ)能特性，并且重復(fù)使用壽命長(zhǎng)，放電時(shí)利用移動(dòng)導(dǎo)體間的電子（而不依靠化學(xué)反應(yīng)）釋放電流，從而為設(shè)備提供電源，見圖 以美國(guó)庫柏（Cooper ）超級(jí)電容為例，與鋰離子電池進(jìn)行比較，有如下一些明顯特性：　　1. 超低串聯(lián)等效電阻（ESR），功率密度(Power Density)是鋰離子電池的數(shù)十倍以圖 超級(jí)電容圖 超級(jí)電容的應(yīng)用電路 范文范例參考 WORD 格式整理 上，適合大電流放電，（一枚 電容能釋放瞬間電流 18A 以上）為水表控制電機(jī)閥或電磁閥的可靠開啟提供了保障?！　?. 超長(zhǎng)壽命，充放電大于 50 萬次，是鋰離子電池的 500 倍，是鎳氫和鎳鎘電池的1000 倍，如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電 20 次，連續(xù)使用可達(dá) 68 年?！　?. 可以大電流充電，充放電時(shí)間短，對(duì)充電電路要求簡(jiǎn)單，無記憶效應(yīng)。　　4. 免維護(hù)，可密封?！　?. 溫度范圍寬40～+70℃，普通電池是20 ～60℃。 　　與內(nèi)裝鋰電池的智能水表相比，這種方案是用超級(jí)電容替換鋰電池封裝在水表中，同時(shí)外接干電池供電。平時(shí)干電池提供水表電路所需能量和對(duì)超級(jí)電容的充電，在需要開啟水閥時(shí)，由外接干電池提供能量將水閥開啟；在需要關(guān)斷水閥時(shí)，如果外接電池不能提供能量將水閥關(guān)斷，那么超級(jí)電容將在此刻提供能量來關(guān)斷水閥。如同一個(gè)儲(chǔ)水箱，平時(shí)將水存儲(chǔ)起來，在停水時(shí)才起作用。 1 2 3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 7Jun2022 Sheet of File: F:\ Drawn By:BT1BATTERYD2DIODEVCCLOADR14200圖 是應(yīng)用示意圖。正常情況下，電池通過電阻 R1二級(jí)管 D1 向負(fù)載和超級(jí)電容充電。電阻 R14 的作用是限制電流過大，因?yàn)槌?jí)電容內(nèi)阻很小，充電時(shí)電流較大可能造成電池?fù)p壞。二級(jí)管 D1 防止反向電流。當(dāng)電池電壓過低，或突然斷電時(shí)（如取下電池），由超級(jí)電容繼續(xù)為電路提供電源，同時(shí)，超級(jí)電容存儲(chǔ)的能量足以關(guān)斷閥門。這種方案明顯優(yōu)于以前的設(shè)計(jì)，優(yōu)點(diǎn)如下：將電池從水表中分離出來，從而可以不考慮電池壽命對(duì)水表的影響，大大延長(zhǎng)了水表的使用時(shí)間；另一方面，超級(jí)電容的大電流放電特性保障了水閥關(guān)斷的可靠性，在外接干電池電量不足時(shí)，仍能利用存儲(chǔ)在超級(jí)電容上的能量將水閥關(guān)斷；以前一味追求的漏電流指標(biāo)，主要是為了保障電池的使用壽命，改用超級(jí)電容后，漏電流指標(biāo)變得不再重要。如果電池電量不足，用戶 范文范例參考 WORD 格式整理 可以隨時(shí)更換。這樣，不僅使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，減少產(chǎn)品的出廠檢驗(yàn)工序，還使產(chǎn)品的成本降低 [15]。 這種方案克服了現(xiàn)階段智能水表的缺點(diǎn)，為智能水表的發(fā)展找到了一條新的途徑。目前國(guó)內(nèi)已有多家水表生產(chǎn)廠應(yīng)用該方案，實(shí)踐證明，它是切實(shí)可行的。所以本設(shè)計(jì)亦采用了這種方案。在本設(shè)計(jì)中，我們選用了深圳市索普康電子有限公司的超級(jí)電容，其型號(hào)為 5R5H10產(chǎn)品規(guī)格為 。 檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì) 檢測(cè)模塊主要對(duì)以下四種情況進(jìn)行檢測(cè) (1) 水表被拆卸；(2) 電池欠壓或取出電池；(3) 有按鍵按下；(4) 有IC卡插入。當(dāng)有以上四種情況之一時(shí)，外部中斷（）產(chǎn)生中斷。當(dāng)產(chǎn)生中斷后，(F_KEY)、口(V_MONI)、(OPEN_D)、(SW_T)，以確認(rèn)是哪種情況產(chǎn)生的中斷后作出相應(yīng)處理。該電路由一個(gè)電壓檢測(cè)器HT703兩個(gè)與非門、一個(gè)或非門、一個(gè)常閉開關(guān)和一個(gè)常開開關(guān)組成。例如，當(dāng)電池欠壓或取出電池時(shí)，HT7039輸出為低電平，U8輸出為高電平，那么U9輸出為低電平（） ，產(chǎn)生中斷。其他情況同理可得 [11] [14]。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 25May2022 Sheet of File: F:\業(yè)業(yè)\ Drawn By:T_F()S2 SW SPSTS1 SW SPSTVCCU8NANDU10NANDU9NORV_MONI業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)OPEN_D業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)F_KEY業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)SW_T業(yè)業(yè)IC業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)VCC1GND3out 2U7HT7033圖 檢測(cè)模塊電路 范文范例參考 WORD 格式整理 第 4 章 IC 卡智能水表的軟件設(shè)計(jì)本軟件我們用 MCS51 匯編語言編制，采用了結(jié)構(gòu)化，模塊化的程序設(shè)計(jì)方法。它由主程序、外部中斷 0 子程序、外部中斷 1 子程序、IC 卡與片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫軟件設(shè)計(jì)、顯示子程序等模塊組成。本章還給出了詳細(xì)的流程圖。具體程序見附錄B。 主程序的設(shè)計(jì)主程序主要完成系統(tǒng)的初始化，各種情況的判斷如電壓情況、按鍵是否按下、水量判斷等，在適當(dāng)情況下還要進(jìn)行顯示、關(guān)閉閥門等操作，平時(shí)處于睡眠狀態(tài)。當(dāng)表內(nèi)剩余水量小于5 m3時(shí)，表內(nèi)蜂鳴器發(fā)出提示報(bào)警，以提醒用戶剩余水量不多，請(qǐng)速購(gòu)水；當(dāng)表內(nèi)剩余水量為0 m3時(shí)，切斷閥門，停止供水，直到新的水量被購(gòu)來為止。從而達(dá)到用水必須預(yù)先交費(fèi)的目的，省去了人工抄表收費(fèi)環(huán)節(jié)。主程序的流程圖如圖 [1618]。 具體程序見附錄B。 外部中斷0子程序外部中斷0子程序也即水表脈沖計(jì)量程序，它只要是對(duì)用戶水量進(jìn)行處理。當(dāng)用戶在進(jìn)行用水操作時(shí)，由流量傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)使 進(jìn)入中斷響應(yīng)程序。0INT根據(jù)機(jī)械水表的測(cè)量原理，水的流量與水表齒輪的轉(zhuǎn)速可以近似成一定的線性關(guān)系。顯然，水表齒輪所轉(zhuǎn)的圈數(shù)與傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。根據(jù)這一原理，我們可確定流量的計(jì)算公式為： ()QKN??在式()中， Q為流量，單位為 m3 ；K為基表系數(shù)，單位為m 3／r；N為轉(zhuǎn)數(shù)，單位為r 。在這里，由于K（基表系數(shù)）是一個(gè)常數(shù)。因此，Q與N 是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。我們采用了6位數(shù)據(jù)顯示，其中只含有一位小數(shù)。當(dāng)Q為 m3時(shí)，由于K 已知，N即可以求出。在本系統(tǒng)編程中，我們?cè)O(shè)定M為測(cè)得脈沖數(shù)， m3時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)值，“剩余水量1,用水總量+1 ”中的“1” m 3的水量 [3]。 范文范例參考 WORD 格式整理 具體程序見附錄B。 范文范例參考 WORD 格式整理 初始 化讀取 E E P R O M中 信息置電壓低 標(biāo)志調(diào)用顯示 程序調(diào) 用卡處 理程序關(guān)閉 閥門進(jìn) 入 睡眠睡 眠處理報(bào) 警提示按鍵 按下？電壓 過低？有卡 插入？有流 量傳感信號(hào)？剩余水量為 ０信號(hào) 有效？剩余水量不 足？扣水處理Y E SN OY E SN OY E SN OY E SN OY E SN OY E SN OY E SN O置 拆卸標(biāo)志表被 拆卸？N OY E S上電復(fù)位圖 系統(tǒng)主程序流程圖 范文范例參考 WORD 格式整理 保護(hù)內(nèi)容 進(jìn)棧用水總量 ＋１剩 余水量 １M = Ｍ＋１Ｍ＝Ｎ？I N T 0中 斷返回N OY E S保護(hù)內(nèi)容 出棧剩 余水量 為０？剩余水量小 于５噸 ？報(bào) 警提示關(guān)閉閥門Y E SY E SN ON O 外部中斷 子程序0INT 外部中斷1子程序以下四種情況均可以使 產(chǎn)生中斷 (1) 水表被拆卸；(2) 電池欠壓或取出電池；1INT(3) 有按鍵按下；(4) 有IC卡插入。當(dāng)產(chǎn)生中斷后，、（原理圖見總電路圖中檢測(cè)模塊） ，以確認(rèn)是哪種情況產(chǎn)生的中斷后作出相應(yīng)處理。，具體程序見附錄B。 范文范例參考 WORD 格式整理 I N T 1中斷 返回卡 處理程序報(bào)警 ，置開蓋 記錄保護(hù)內(nèi) 容出棧，開 中斷關(guān)閥門保護(hù)必要 的數(shù)據(jù)存入E E P R O M保護(hù)內(nèi)容 進(jìn)棧表蓋被拆卸 嗎？有卡 插入嗎 ？電池 欠壓?jiǎn)?？Y E SN OY E SN ON OY E S表蓋被打開 嗎？N O調(diào)用顯示 外部中斷 子程序1INT IC卡的讀寫軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程應(yīng)為確認(rèn)有卡插入后，延時(shí)，待IC卡供電電路穩(wěn)定，讀IC卡標(biāo)志位，并與系統(tǒng)中保存的標(biāo)志比較，確認(rèn)后，讀數(shù)據(jù)區(qū)。為提高可靠性，IC卡中的數(shù)據(jù)在兩個(gè)不連續(xù)區(qū)作備份，第二組數(shù)據(jù)作校驗(yàn)。為防止有損壞的字節(jié)和其它因素影響數(shù)據(jù)不可靠，建議將每次寫入的數(shù)據(jù)再讀出比較，判斷寫入的數(shù)據(jù)是否正確，從而達(dá)到保證 范文范例參考 WORD 格式整理 對(duì) IC 書寫操作的無誤。下面詳細(xì)地介紹了它的工作原理。 SDA 和 SCL 信號(hào)SDA和SCL雙向總線采用I 2Cbus(interintergrad circuit bus)匯流總線技術(shù)，所有的控制命令和數(shù)據(jù)傳輸均由這兩條雙向總線執(zhí)行，采用SDA和SCL，兩條總線就可實(shí)現(xiàn)對(duì)E2PROM進(jìn)行讀寫，并且在讀寫過程中其信息傳遞的波特率可以從0到100kbps ，其數(shù)據(jù)。S D AS C LA C K起始條件停止條件 數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)鐘時(shí)序圖IC 卡的讀寫其實(shí)也就是對(duì) IC 卡片內(nèi) E2PROM 進(jìn)行讀寫。所以在 AT24CXX 系列IC 卡的應(yīng)用中，與邏輯控制有關(guān)的引出端線只有 2 條：SCL 和 SDA。所有的地址、數(shù)據(jù)及讀/寫控制命令等信號(hào)均從 SDA 端輸入/輸出。為了區(qū)分 SDA 線上的數(shù)據(jù)、地址、操作命令以及各種狀態(tài)的“開始”與“結(jié)束”，卡片內(nèi)設(shè)計(jì)了多個(gè)邏輯控制單元。其中，啟動(dòng)與停止邏輯單元產(chǎn)生控制讀/寫操作的“開始 ”和“停止”