【正文】 國內(nèi)外智能水表的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 目前，國內(nèi)企業(yè)與研究機構(gòu)主要致力于智能網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳水表的智能卡式水表系統(tǒng)方面的研究開發(fā)，如寧波水表廠、上海自來水公司水表廠等都在相繼開發(fā)遠(yuǎn)傳水表，由于智能網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)需要配套遠(yuǎn)傳通 信網(wǎng)絡(luò)支持，其初期投資 大，因此只適用于在一些新建住宅小區(qū)組成相對獨立的小網(wǎng)，所以目前尚未大量投入市場；而后者采用先付費后用水的管理模式，在當(dāng)前收費困難、人工抄表效率低下的情況下，更能獲得供水管理部門的青睞。 6．與遠(yuǎn)傳 抄表系統(tǒng)相比，智能 IC卡水表具有使用和維護成本很低，沒有布線造成的混亂和高故障率等問題。采用傳統(tǒng)水表，這個跨越式很難完成的，而采用智能 IC卡水表，將為運用計算機技術(shù)進行現(xiàn)代化管理奠定一個技術(shù)基礎(chǔ)。采用普遍水表和人工抄表的模式，是難以解決這些技術(shù)問題的，而采用智能 IC 卡水表，將很容易解決這些問題。比如 ,隨著水資源的緊張，將會逐步實行超計劃水價甚至階梯式水價等較為復(fù)雜的用水管理模式。而使用智能 IC卡進行交 易結(jié)算，將可以有效解決這個會帶來很多社會隱患的問題。而使用 IC卡進行交易結(jié)算，用戶可以自主決定交費時間和數(shù)量，增大了用戶的自主性。如果得到金融系統(tǒng)的配合，還可以減少布點的成本。顯然，采用 智能 IC卡水表及其管理系統(tǒng)，將可以從根本上改變由供水部門派人去千家萬戶抄表收費的模式。而現(xiàn)在由于各種原因的影響，人工入戶抄表的效率 已經(jīng)在逐漸下降并且是這種模式的成本不斷增加。由于城市規(guī)模不斷擴大和居民戶數(shù)快速增加，供水部門抄表和收費的工作量將不斷加大。 2．改變了入戶抄表收費的模式。但對供水部門來說，這種變化則 是不能小看的。供水部門推行 IC卡水表的經(jīng)驗表明，人們普遍接受這一模式，供水部門不僅解決了拖欠交費的老大難問題，還可以提前收到資金。這是大家都普遍認(rèn)可的一個優(yōu)點。 IC卡交易系統(tǒng)還具有交易方便，計算準(zhǔn) 確，可以利用銀行進行結(jié)算的特點 [2] 。智能水表除了可對水量進行 4 記錄和電子顯示外，還可以按照約定對用水量進行自動控制，并且自動完成階梯水價的水費計算，同時可以進行用水?dāng)?shù)據(jù)存儲的功能。 智能水表是一種以單片機為主體，結(jié)合計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)，利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、智能 IC卡技術(shù)對用水量進行計量并進行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型水表。 這些新的要求不僅促使著傳統(tǒng)水表不斷地改進和發(fā)展，也孕育著新一代水表 —— 智能水表的產(chǎn)生 {1}。另外，傳統(tǒng)水表無法升級換代，而且開發(fā)周期長、經(jīng)費投 入大。傳統(tǒng)水表功能單一，只具流量采集和機械指針顯示用水量的功能。對于一些儀表功能如自凋零、自校準(zhǔn)、自動調(diào)節(jié)量程等的設(shè)置是由用戶在儀表設(shè)備面板上手工完成。只具有流量采集和機械指針顯示用水量 的功能，用戶在使用過程中無法對其功能進行改變。直到現(xiàn)在很多領(lǐng)域還能繼續(xù)發(fā)揮作用。 傳統(tǒng)水表 傳統(tǒng)水表的發(fā)展經(jīng)歷了漫長年代，它涉及社會生活的各個方面。例如 ABB公司的 KENT水表采用充電電池，具有按鍵讀數(shù)、可以顯示日期時間及各戶用水量，建有機械式與電子式讀數(shù)功能，而且還配有 IBMPC兼容機接口，可以進行電話通信；德國Sameco 公司的新型水表可顯示上一年與本年度用水量以及日期與時間等，并開發(fā)電卡式水表 ；此外，日本、以色列等國也相繼推出自己的新產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，儀表的智能化程度將越來越高。微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，引起了儀表機構(gòu)的根本性變革，以微型計算機（單片機）為主體，將計算機技術(shù)和檢測技術(shù)有機結(jié)合，組成新一代“智能化儀表”，智能化儀表在測量過程自動化。隨著我國信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，金卡工程的全面實施，實現(xiàn)自來水收費管理的電子化、信息化及網(wǎng)絡(luò)化已成為可能。 長期以來，我國城鎮(zhèn)居民所使用的水表普遍是普通機械旋翼濕式水表，這種水表價格低廉，性能比較穩(wěn)定，但是還采用人工抄表、按戶收費的模式。要加強用水的科學(xué)管理，最重要的是加速研究開發(fā)科學(xué)先進、應(yīng)用方便的節(jié)水科學(xué)管理儀表以及這種儀表的普及應(yīng)用。但是，我國是世界上人均水資源擁有量是分貧乏的 國家之一，節(jié)約和保護水資源是我國當(dāng)前一項是十分重要的戰(zhàn)略措施。 關(guān)鍵詞 單片機 IC 卡 液晶顯示 記憶模塊 第 1 章 緒論 隨著社會科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，資源短缺現(xiàn)象日益嚴(yán)重，尤其是與人類生存嘻嘻相關(guān)的水資源。 1 目 錄 摘 要 ...................................................... 1 1. 緒論 ..........................................................1 課題背景及意義 .............................................1 傳統(tǒng)水表 ..................................................2 傳統(tǒng)水表的主要結(jié)構(gòu) ..................................2 傳統(tǒng)水表的主要特點 ..................................2 智能水表 ..................................................3 智能水表的特點 ......................................4 國內(nèi)外智能水表的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ..................4 2. 智能水表的硬件組成 ............................................5 智能水表系統(tǒng)硬件組成 ......................................5 IC 卡讀寫電路 .............................................6 Mifare 1 射頻 IC 卡 ..................................6 RC522 讀寫模塊 ......................................7 IC 卡讀寫電路的原理及說明 ...........................8 液晶顯示電路 .............................................10 電源模塊 .................................................10 3 . 系統(tǒng)各軟件電路設(shè)計 ...........................................10 IC 卡讀寫設(shè)計 ............................................10 液晶顯示電路軟件設(shè)計 .....................................12 4. 結(jié)論 .........................................................12 參考文獻 ........................................................12 致 謝 ...................................................... 14 附錄： ..................................................... 15 Abstract ................................................... 15 2 IC 卡智能水表設(shè)計 王健 摘 要 本論文主要設(shè)計研究基于單片機的 IC 卡智能水表電路，其主要功能是以 AT89C51單片機為核心，實現(xiàn) IC卡的讀寫， 液晶顯示的控制，電磁閥的控制，完成整個水表信號的讀、寫處理。本文對每個模塊逐一進行了研究， 全面詳細(xì)地論述了硬件電路的設(shè)計流程，對本設(shè)計中非接觸式 IC 卡讀寫電路模塊、 液晶顯示 電路模塊和 RC522 讀寫電路模塊等工作原理及功能進行了詳細(xì)了說明。水是寶貴的環(huán)境資源，也是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。節(jié)約水資源包括兩個方面的措施，一是大力推廣應(yīng)用節(jié)水新技術(shù)；二是加強用水的科學(xué)管理，在某種意義上來說，加強用水科學(xué)管理是當(dāng)前的首要任務(wù)。因此研制一種低功耗、計量精確方便的智能水表顯得極為重要。此方式存在著工作量大，收 費周期長，收費困難，效率低下等缺點。 水表系統(tǒng)的智能化可以大大提高供水管理部門的工作效率、節(jié)約費用，用以改善供水設(shè)施，提高居民飲水質(zhì)量；同事還能為加強自來水使用的監(jiān)督管理提供手段，從而在技術(shù)上為節(jié)約用水合理用水創(chuàng)造條件。智能儀表不僅 能解決傳統(tǒng)儀表不易或不能解決的問題，還能簡化儀表電路，提高儀表的可靠性，更容易實現(xiàn)高精度、高性能、多功能的目的。 3 我國目前智能水表新產(chǎn)品開發(fā)基本上是借鑒國外先進模式，因為國外在此方面的研究設(shè)計起步較早。國內(nèi)的一些企業(yè)也對多種智能化水表系統(tǒng)作了研究，但在微功耗、可靠性等方面效果并不理想，由目前國情來看，我國的傳統(tǒng)水表必須改進，才能適應(yīng)社會和經(jīng)濟的發(fā)展。 它對改善人類生活、促進社會發(fā)展和科技進步起到了無法估量的作用。 傳統(tǒng)水表的主要結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)水表主要結(jié)構(gòu)由硬件構(gòu)成，以相對固定形式確定下來，所實現(xiàn)的功能較單一。它一般具有輸入信號接口、內(nèi)部處理電路和實時顯示三部分。 傳統(tǒng)水表的主要特點 傳統(tǒng)水表的主要特點是自成體系，自我包容，用戶無法更改。同時，一臺普通傳統(tǒng)水表具有相對獨立性，不能與其他水表設(shè)備進行通信，而只能用于現(xiàn)場測量，測量結(jié)果不能處理、存儲、顯示，局限性很大。 隨著科技水平不斷發(fā)展，人們對傳統(tǒng)水表提出以下幾方面的要求：測量精度高、功能強、可靠性好，測量全能自動化、智能化，小型化、使用靈活方便、升級方便，同時還能進行測量數(shù)據(jù)的處理、存儲和顯示，具有和其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)通訊等功能。 智能水表 隨著為電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成了處理器、存儲器、定時器 /計數(shù)器、并行和串行接口、看門狗甚至 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換器等電路在一塊芯片上的超大規(guī)模集成電路芯片 —— 單片機出現(xiàn)了。智能水表除了可對用水量進行計量并進行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及結(jié)算交易的新型水表。出于其數(shù)據(jù)傳遞和交易結(jié)算通過 IC卡進行，因而可以實現(xiàn)由工作人員上門抄表收費到用戶自己去營業(yè)所交費的轉(zhuǎn)變。 智能水表的特點 與傳統(tǒng)水表相比，智能水表有以下特點 ： 1．對供水部門來說，可以實現(xiàn)先交費再供水的用水模式。這對解決水費托拖欠這個過去難以解決的問題會有幫助。對用戶來說，由于水費的支出在總支出中占得比重很小，這種改變，對用戶來說，只是把水費的交付時間提前了一段時間，所以，用戶并不敏感。隨著水資源的緊張和水的商品屬性逐步被社會認(rèn)可，水的交易將會逐漸采用一般商品的交易模式，顯然，先交費后用水，是更合理的一種交易模式。這種模式改變的意義是巨大的。沿用傳統(tǒng)的上門抄表模式，將很難適應(yīng)這種變化。解決這個問題，可以采用多種途徑，但依靠技術(shù)進步來解決這個問題，應(yīng)當(dāng)是更值得提倡的方式。只要供水部門合理設(shè)置交費機構(gòu)，基本上不會給用戶帶來麻煩。因此大規(guī)模采用智能 IC卡水表技術(shù)對降低供水部門的管理成本是會有顯著幫助的。特別是隨著人們家庭安全意識和隱私意識的增強，入戶抄表和上面收費等隨意進入私人住戶的做法將逐漸不受歡迎甚至受到抵制，這是一個必須給予重視的社會發(fā)展趨勢。 3．可以有效解決一些技術(shù)難題。這些，將對供水交易提出較高的技術(shù)要求。 5 4．隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，供水行業(yè)也需要逐步實現(xiàn)用高科技手段進行供水管理。 5．當(dāng)然，使用智能 IC卡水表還有其他優(yōu)點，比如可以有效解決盡量扯皮、用水糾紛，貪污水費、人情用水、用水統(tǒng)計困難等問題。智能 IC卡水表的以上優(yōu)點，將會使智能 IC卡水表逐漸被社會所接受并成為一種基本配置。 智能網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng) 就目前來講，智能網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳水表又可分為分線制集中抄表方式和總線制智能抄表方式。 各采集器之間采用總線制連接，最后連接到計算機。 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（多戶表共享一個采集器），但從實際情況看，分線制集中抄表模式存在如下缺點： ① 由于每次水表的計量信號是通過分戶線穿越較長距離到達采集器，中途任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)疏漏都將使采集器采集不到數(shù)據(jù)，而且鋪設(shè)分戶線不僅使安裝任務(wù)繁重，也存在許多隱患：短線，斷線等。 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，專業(yè)隊伍日益“壯大”，維護 費用也相應(yīng)劇增。如果采集器掉電或出現(xiàn)其他嚴(yán)重故障則會使該采集器上所有數(shù)據(jù)丟失，集中抄表的風(fēng)險無法有效分散，與測控系統(tǒng)強調(diào)的集中管理、分散控制的分布式設(shè)計死相違背。 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（僅影響水表數(shù)據(jù)的讀出），無需重新置數(shù)，水表的真實讀數(shù)仍可繼續(xù)讀出，其安全性、穩(wěn)定性是比較可靠的。 由于各表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)維護等繁重勞動強度，也方便高層次設(shè)計如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計、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，進而為用戶提供完善、綜合的配套服務(wù)。主要由智能卡式水表、智能卡、讀卡器、收費管理信息系統(tǒng)等組成。它具有有限用水量、解決用水收費糾紛的功能，這是其他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，無需鋪設(shè)管線及線路維護，安裝方便、維護簡單；另外，智能卡水表自帶數(shù)據(jù)采集模塊