【正文】 ，偽造卡也是不可能的。2 智能水表的設(shè)計(jì)流程 智能水表的基本組成 智能水表主要包括液晶顯示、聲音報(bào)警、電源監(jiān)測(cè)、電控閥、IC卡通訊及水表傳感器模塊等。 ：為確保水表可靠運(yùn)行，配備了電源監(jiān)控系統(tǒng)。更換電池后，水表會(huì)自動(dòng)恢復(fù)有用的數(shù)據(jù)并重新開(kāi)始工作。 ：閥門(mén)開(kāi)啟系統(tǒng)由電控閥與電控閥驅(qū)動(dòng)電路組成。 ：當(dāng)讀卡器有IC卡插入時(shí)，卡座上的卡簧常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，在單片機(jī)的I/O口檢測(cè)到低電平輸入，轉(zhuǎn)入讀寫(xiě)卡操作的程序。 智能水表的工作原理 智能水表的工作原理：用戶先購(gòu)買(mǎi)IC卡（用戶卡），并攜帶IC卡至收費(fèi)工作站交費(fèi)購(gòu)水，工作人員將購(gòu)水量等信息寫(xiě)入卡中。 用戶在用水過(guò)程中，葉輪在水流的沖擊下轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)磁針旋轉(zhuǎn)使得干簧管周期性的閉合傳遞低電平，帶動(dòng)上表罩上的梅花齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)并使多極齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械累計(jì)計(jì)量，此時(shí)，MSP430F413將輸入的有效脈沖計(jì)入并計(jì)算用水量，IC卡水表內(nèi)剩余水量就會(huì)相應(yīng)的減少一個(gè)計(jì)量單位，累計(jì)用水量就會(huì)增加一個(gè)計(jì)量單位，LCD顯示屏上顯示剩余水量等相關(guān)用水?dāng)?shù)據(jù)。當(dāng)剩余水量為1時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電閥自動(dòng)關(guān)閉，切斷水源，停止供水并報(bào)警。在正常情況下，閥門(mén)處于開(kāi)通狀態(tài)，當(dāng)遇到剩余水量為1或者電池電壓小于3V等其他特殊情況時(shí)閥門(mén)會(huì)由開(kāi)通變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)。這種水表的公稱口徑一般為15mm～150mm。水流沖擊葉輪后，葉輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，所轉(zhuǎn)圈數(shù)通過(guò)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)累計(jì)，記錄顯示通過(guò)水表的水量。表2—Ⅱ 旋翼式多流束水表的總體尺寸和連接方式 mm公稱口徑長(zhǎng)度寬度高度連接方式LL1BH小口徑15259165100109螺紋20299195100111253452251041173235423010411740373245127153大口徑50280127174法蘭80370252276100370272280150500365400智能水表的水流量采集是在普通水表上加裝傳感器來(lái)進(jìn)行流量信號(hào)采集的，本系統(tǒng)采用干簧管傳感器采集水流量。干簧管的外殼一般是一根密封的玻璃管，在玻璃管中裝有兩個(gè)鐵質(zhì)的彈性簧片電極，玻璃管中還充有一種叫金屬銠的惰性氣體。外磁力消失后，兩個(gè)簧片由于本身的彈性而分開(kāi)，線路也就斷開(kāi)。圖 干簧管工作過(guò)程示意圖選擇基于模擬水表的旋翼式結(jié)構(gòu)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬、靈敏度高、外形尺寸小的特點(diǎn)。本系統(tǒng)用三個(gè)干簧管傳感器來(lái)測(cè)量水流量，如圖所示。干簧管2動(dòng)作時(shí)能判斷出干簧管1干簧管2干簧管3圖 干簧管安裝示意圖水流方向，如果干簧管2動(dòng)作前的一次吸合反應(yīng)是干簧管1，則水流方向是順時(shí)針的，如果干簧管2動(dòng)作前的一次吸合反應(yīng)是干簧管3，則水流方向是逆時(shí)針的。將干簧管傳感器的通斷信號(hào)輸入單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)置的比較器和定時(shí)器來(lái)完成計(jì)數(shù)。K1, K2, K3分別表示干簧管1, 2, 3,將A, B, C三個(gè)結(jié)點(diǎn)連接至單片機(jī)的I/0端，當(dāng)干簧管斷開(kāi)時(shí)，輸入高電平:當(dāng)干簧管吸合時(shí)，輸入低電平。靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)到最低的功耗消耗。MSP430的16位定時(shí)器是應(yīng)用于工業(yè)控制如紋波計(jì)數(shù)器，數(shù)字化電機(jī)控制、電表、水表、和手持式儀表等理想配置。下面介紹本文所用的主芯片MSP430F149。 2) 在單片機(jī)內(nèi)集成了一個(gè)12位精度、高效通用的A /D轉(zhuǎn)換模塊,即數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。 4) 片內(nèi)有2個(gè)串行通訊接口, 支持通用異步協(xié)議(UART 協(xié)議) 和同步協(xié)議(SP I協(xié)議) 5) 片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器, 且?guī)в卸鄠€(gè)捕獲/比較寄存器, 這樣寄存器的使用將更加靈活。 ADC12 可以對(duì)8 個(gè)外部模擬信號(hào)之一或4 個(gè)內(nèi)部電壓之一作轉(zhuǎn)換, 由ADC 內(nèi)核把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成12 位數(shù)據(jù)并存入轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)寄存器。轉(zhuǎn)換數(shù)值在輸入信號(hào)大于等于VR+時(shí)為滿量程, 小于等于VR時(shí)為“0”。ADC12 可以選擇所有有效的MSP430片內(nèi)時(shí)鐘, 也可以選擇一個(gè)外圍模塊所含的時(shí)鐘, 對(duì)于選擇時(shí)鐘源可以引入一個(gè)1～8的分頻因子?？梢栽趩瓮ǖ郎蠈?shí)現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或多次轉(zhuǎn)換, 也可以在序列通道上實(shí)現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或重復(fù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存在16個(gè)轉(zhuǎn)換寄存器中, 這樣ADC12 可以進(jìn)行多次轉(zhuǎn)換而不需要軟件干預(yù), 這一點(diǎn)提高了系統(tǒng)性能, 也減少了軟件開(kāi)銷。第2腳：VDD接5V正電源。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第16腳：背光源負(fù)極。（說(shuō)明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令11：讀數(shù)據(jù)。在置于磁場(chǎng)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體中通入電流，若電流與磁場(chǎng)垂直，則在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)按照霍爾器件的功能可將它們分為: 霍爾線性器件和霍爾開(kāi)關(guān)器件。按被檢測(cè)的對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為:直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。 IC讀卡器圖24 某IC讀卡器 IC卡讀寫(xiě)器要能讀寫(xiě)符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)的IC卡。 IC卡接口電路對(duì)IC卡插入與退出的識(shí)別，即卡的激活和釋放，有很?chē)?yán)格的時(shí)序要求。 1)激活過(guò)程 為啟動(dòng)對(duì)卡的操作，接口電路應(yīng)按圖1所示順序激活電路：RST處于L狀態(tài)； 根據(jù)所選擇卡的類型，對(duì)VCC加電A類或B類，VPP上升為空閑狀態(tài)； 接口電路的I/O應(yīng)置于接收狀態(tài)； 向IC卡的CLK提供時(shí)鐘信號(hào)(A類卡1～5MHz，B類卡1～4MHz)。 2)釋放過(guò)程 當(dāng)信息交換結(jié)束或失敗時(shí)(例如，無(wú)卡響應(yīng)或卡被移出)，接口電路應(yīng)按圖2所示時(shí)序釋放電路： RST應(yīng)置為狀態(tài)L； CLK應(yīng)置為狀態(tài)L(除非時(shí)鐘已在狀態(tài)L上停止)； VPP應(yīng)釋放(如果它已被激活)； I/O應(yīng)置為狀態(tài)A(在td時(shí)間內(nèi)沒(méi)有具體定義)； VCC應(yīng)釋放。 IC卡接口電路向卡提供時(shí)鐘信號(hào)。 復(fù)位后，由收到的ATR(復(fù)位應(yīng)答)信號(hào)中的F(時(shí)鐘頻率變換因子)和D(比特率調(diào)整因子)來(lái)確定。當(dāng)頻率從一個(gè)值轉(zhuǎn)換到另一個(gè)值時(shí)，應(yīng)注意保證沒(méi)有比短周期的40%更短的脈沖。C125176。圖26 小型直流電機(jī) 與單片機(jī)混搭使用時(shí)，通過(guò)主芯片控制的I/O口電平高低使得流過(guò)電機(jī)的電流有正反兩個(gè)方向，電磁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。在單片機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)上，很多方案都會(huì)用到蜂鳴器，大部分都是使用蜂鳴器來(lái)做提示或報(bào)警，比如按鍵按下、開(kāi)始工作、工作結(jié)束或是故障等等。主芯片驅(qū)動(dòng)他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM 輸出口直接驅(qū)動(dòng)，另一種是利用I/O 定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。利用I/O定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形的方式會(huì)比較麻煩一點(diǎn)，必須利用定時(shí)器來(lái)做定時(shí)，通過(guò)定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個(gè)波形就可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。 3 智能水表的制作 智能水表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、中罩、表玻璃表殼、中罩、表玻璃和密封墊圈一起組成一密封體，使表殼內(nèi)被測(cè)水不致滲漏至表外。因此，表殼、中罩和表玻璃均應(yīng)滿足上述要求。中罩材料一般采用鑄造鉛黃銅(ZcuZn40Pb2，見(jiàn)GB1176—1987)。 計(jì)量機(jī)構(gòu)計(jì)量機(jī)構(gòu)主要由齒輪盒、葉輪盒、整體葉輪、頂尖、調(diào)節(jié)板等組成，見(jiàn)圖2—3。圖示 旋翼式水表計(jì)量機(jī)構(gòu)圖1齒輪盒：2整體葉輪；3葉輪盒；4頂尖，5調(diào)節(jié)板 (1)齒輪盒計(jì)數(shù)器置于齒輪盒中，與齒輪盒上部的內(nèi)孔相配合。齒輪盒在旋翼多流水表的機(jī)芯中，起著承下啟上的作用。另外，齒輪盒外壁應(yīng)有定位線或底部有定位鍵，以保證與葉輪盒配合時(shí)的定位要求，從而確保性能的穩(wěn)定。因?yàn)楫?dāng)很小的流量通過(guò)水表時(shí)，其流速很低，水流的動(dòng)能極小，不足以克服葉輪的慣性，故葉輪未轉(zhuǎn)動(dòng)。此后逐漸加大流速，水表向快的趨勢(shì)發(fā)展，如果沒(méi)有齒輪盒上的筋加以阻尼，則這種趨勢(shì)將會(huì)持續(xù)下去，直至偏快10％～15％左右后(與有筋阻尼相比較)，其性能曲線才會(huì)趨向平穩(wěn)。在小流量時(shí)，因水流流速低，葉輪上平面與齒輪盒筋的間隙處的水流呈層流狀態(tài)，水的粘性作用占主要地位，齒輪盒上的筋對(duì)葉輪轉(zhuǎn)速無(wú)影響。同時(shí)，因流速增大，在葉輪盒內(nèi)呈螺旋上升的水流，有一部分沖到齒輪盒筋反射回來(lái)，其方向卻與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，故又使葉輪轉(zhuǎn)速降低，使水表不致于出現(xiàn)沒(méi)有齒輪盒筋那樣快10％～15％后才使誤差趨向平穩(wěn)的現(xiàn)象。圖示 齒輪筋對(duì)性能曲線的影響齒輪盒底部裝有三塊可任意調(diào)節(jié)角度的調(diào)節(jié)板，其作用是通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)板角度，以改變水流從調(diào)節(jié)板反射回來(lái)時(shí)反作用力的大小，即改變水流對(duì)葉輪轉(zhuǎn)速阻尼力的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)大流量區(qū)域誤差的目的。(2)葉輪盒葉輪盒是計(jì)量機(jī)構(gòu)中最關(guān)鍵的部件。在葉輪盒低部中心一般有一螺孔，與頂尖相配合。葉輪盒上部?jī)?nèi)孔與頂尖應(yīng)具有良好的同軸度。進(jìn)水孔一般在葉輪盒注塑時(shí)一次成型為矩形孔或長(zhǎng)方孔。葉輪盒底部有若干條筋(一般為3條或6條)，與齒輪盒上的筋作用相仿，主要是對(duì)水表在小流量區(qū)域運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使水流對(duì)葉輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生阻尼。同時(shí)，當(dāng)用水設(shè)備一旦關(guān)閉，水流不再流經(jīng)水表時(shí)，由于筋的阻尼作用，能較快地克服葉輪的慣性，使其迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量的目的。調(diào)節(jié)孔有斜孔和直孔兩種，如兩者截面積相同，則后者比前者具有更大的調(diào)節(jié)功能，同時(shí)，在誤差調(diào)節(jié)時(shí)，直孔比斜孔顯得更敏感，在微量調(diào)節(jié)時(shí)比較難掌握。旋翼式水表所用的葉輪的形狀為直板形。對(duì)于大多數(shù)水表來(lái)說(shuō)，在常用流量時(shí)，水表葉輪的轉(zhuǎn)速，一般在750—900r／min。(4)頂尖頂尖安裝在葉輪盒底部的中心，在葉輪軸的下部，用于支撐葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)。除了頂尖頭、軸與螺紋間應(yīng)具有良好的同軸度外，頂尖頭的材質(zhì)應(yīng)具有很高的耐磨性能，一般以特殊配方的硬質(zhì)橡膠棒、聚甲醛等材料較佳。否則，經(jīng)短時(shí)間使用，頂尖頭即會(huì)磨損，使水表出現(xiàn)大流量區(qū)域變快、最小流量時(shí)變慢的情況。而小流量時(shí)，葉輪下平面與葉輪盒筋的間隙減小，水流對(duì)葉輪轉(zhuǎn)速的阻尼增大。如果頂尖頭嚴(yán)重磨損，即使在大流量情況下，其磨擦阻力的影響會(huì)達(dá)到或超過(guò)水流對(duì)葉輪轉(zhuǎn)速阻尼減小的影響，水表在大流量時(shí)的誤差又會(huì)恢復(fù)到準(zhǔn)確或變慢。 (1)指針式計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)指針式計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)一般由上夾板、下夾板、托板、齒輪級(jí)、標(biāo)度盤(pán)、指針、圓指針及螺釘?shù)冉M成。上、下夾板上相對(duì)應(yīng)序號(hào)的軸孔投影，應(yīng)分別重合。上夾板下面中心有一凸臺(tái)，其中有一孔與葉輪上端的光軸組成運(yùn)動(dòng)副。b．齒輪齒輪組起著變速和計(jì)數(shù)作用。公稱口徑80～150mm旋翼式水表的齒輪組由18個(gè)齒輪組成。如圖所示，葉輪軸上的中心齒輪與第一位齒輪相嚙合，齒輪組將葉輪轉(zhuǎn)數(shù)記錄下來(lái)，通過(guò)指針在度盤(pán)上指示出流經(jīng)水表的水量。自第三位(即第一位紅針的)齒輪的主動(dòng)輪(即小齒)起，直到末位齒輪止，起計(jì)數(shù)作用，稱為計(jì)數(shù)齒輪，其相鄰的兩指針的齒輪間，其速比均為10:1，由此構(gòu)成連續(xù)十進(jìn)位方式。變速齒輪的作用是通過(guò)其主、被動(dòng)輪的齒數(shù)變化，取得不同的速成比而滿足不同規(guī)格水表的需要，從而可最大限度地提高上、下夾板、度盤(pán)等零部件的通用化程度。這一減速比為主動(dòng)輪齒數(shù)與被動(dòng)輪齒數(shù)之比。100，150的i值分別為1：100．901：61．1811：24．716。例如，要計(jì)算LXS一15C水表在常用流量(1．5m3／h)下的葉輪每分鐘轉(zhuǎn)速時(shí)，可按下式計(jì)算：同理，可得到LXS一20C，25C，40C規(guī)格的水表在常用流量下的葉輪轉(zhuǎn)速為937．5，908．7和589．67r／rain。1m3及其倍數(shù)的指針和度盤(pán)用黑色，1m3以下的用紅色。說(shuō)明：國(guó)際建議OIMLR49一l：2000(E)中的表述為“檢定標(biāo)尺的分格值，應(yīng)足夠小以保證指示裝置的分辨率誤差不大于最小流量Ql下運(yùn)行l(wèi)h30min的實(shí)際體積的0．5％(對(duì)2級(jí)表)”，這樣的表述更準(zhǔn)確。2—6所示。水表最小位圓標(biāo)度的主分格值為0．0001m‘(或稱0．11)，其間一分為二作為細(xì)分格，則成為檢定分格或最小分度值0．00005m3。如果指針指向小于(或等于)細(xì)分格中的假想中線，則讀取下限分格值，如圖2—6(a)應(yīng)讀作0．00005m3，如果指針指向大于(或等于)細(xì)分格中的假想中線，則讀取上限分格值，如圖2—6(b)中應(yīng)讀為0．00010m3。檢定分格值應(yīng)符合表22的要求。表2—2 水表的檢定分格值最小流量qmin／(m3／h)檢定分格的最大值／m3≤qmin≤qmin≤qmin≤qmin≤qmin≤qmin≤qmin≤qmin≤qmin≤qmin≤qmin133表23 水表的十進(jìn)位數(shù)常用流量qp(m3/h)最少十進(jìn)位數(shù)≤qp＜545≤qp＜10515≤qp＜50550≤qp＜5006500≤qp＜10007(2)指針字輪組合式、字輪式指針字輪組合式計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)具有讀數(shù)清晰、抄讀方便等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的水表包括E型表、干式水表和液封式水表普遍采用這樣的計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)。對(duì)于公稱口徑15～25mm的水表，數(shù)字顏色為紅色，其后等于或大于1m3的四個(gè)字輪上的數(shù)字均為黑色。字輪的進(jìn)位是在相鄰低位數(shù)字輪上的數(shù)字自9轉(zhuǎn)至0時(shí)完成的。圖2—7 指針字輪組合式計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)排列圖1標(biāo)度盤(pán)；2圓指針；3(紅色)；4～11齒輪；12