智能水表设计

天津大学网络教育学院

本科毕业设计（论文）

题目：IC卡智能水表设计

完成期限：2017年1月5日至 2017年5月15日学习中心：奥鹏

专业名称：电气工程及其自动化学生姓名：

学生学号：

指导教师：李克骄

摘要

本文主要以智能IC卡水表系统为研究对象，研究了基于单片机的智能水表的设计。首先提出射频IC智能水表系统的设计方案；其次对系统硬件电路结构进行了设计；再次介绍了系统软件设计原则以及控制流程。该智能水表以低功耗、低电压、高性能的8 位单片机AT89C51为核心，以防干扰性能极高的双干簧管为流量传感器，另外本设计还有可显示状态字的LED 显示屏以及报警模块，剩余水量到报警值或为零时，门阀驱动电路运作，自动关阀中断供水。采用射频读写芯片，当IC 卡贴近感应区时，通过读卡芯片读入所购水量并和水表内剩余水量累加，并写入射频卡水表内存储器。本设计可以改善传统水表功能单一的缺点，测量精度更高，功能更强，可靠性更好。

关键词：智能水表；射频IC卡； AT89C51；

目录

第一章绪论错误!未定义书签。

第二章系统分析及设计方案错误!未定义书签。

系统设计技术指标..................... 错误!未定义书签。系统主要硬件......................... 错误!未定义书签。第三章硬件设计................. 错误!未定义书签。单片机的介绍......................... 错误!未定义书签。中断系统............................. 错误!未定义书签。流量传感器........................... 错误!未定义书签。阀门驱动电路......................... 错误!未定义书签。读写模块............................. 错误!未定义书签。通信模块............................. 错误!未定义书签。电路显示............................. 错误!未定义书签。报警电路............................. 错误!未定义书签。电源电路............................. 错误!未定义书签。

第四章软件设计................. 错误!未定义书签。设计思路............................. 错误!未定义书签。主流程图............................. 错误!未定义书签。 protues仿真......................... 错误!未定义书签。参考文献......................... 错误!未定义书签。附录........................... 错误!未定义书签。致谢........................... 错误!未定义书签。

第一章绪论

水资源短缺现象日益严重,加强用水科学管理是当前首要任务。长期以来，我国城镇居民都是先用水后交费，采用人工抄表、按户收费的方式。传统水表主要结构由硬件构成，以相对固定形式确定下来，所实现的功能较单一。因此研制一种低功耗、计量精确方便的智能水表显得极为重要。随着科学技术的发展，智能IC卡水表渐渐走入了人们的生活。1997年第一个代码预付水表产生了；1998年射频卡水表研究成功；1999年新一代的接触式IC卡水表(采用逻辑加密卡)及CPU卡水表研制成功：2000年TM卡水表产生了；2001年具有防水功能的接触式IC 卡水表研制生产。20世纪90年代初期，中国各地对水表计量精度等级达到A级就满足了，而美国普遍要求相当于国际标准的C级。近年来世界性共同倾向对水表的质量要求提高，向工业发达国家靠近，如乌拉圭国家要求速度式C级计量精度等级，澳大利亚要求D级。中国市场上，速度式水表从B级到C级，容积式从C级到D级，纯净水用户指定要求D级水表。我国的传统水表必须进行改进才能适应社会和经济的发展。测量精度高、功能强、可靠性好，智能化，小型化、使用灵活方便成为研究本课题的重要方向。[1] [2] [3]

本文以智能IC卡水表系统为研究对象,首先提出射频IC智能水表系统的设计方案；其次对系统硬件电路结构进行了设计；再次介绍了系统软件设计原则以及控制流程。该智能水表以美国ATMEL 公司生产的一种低功耗、低电压、高性能的8 位单片机AT89C51为核心，以双干簧管为流量传感器，另外本设计还有可显示状态字的LED 显示屏以及报警模块，剩余水量到报警值或为零时，门阀驱动电路运作，自动关阀中断供水。采用射频读写芯片，当IC 卡贴近感应区时，通过读卡芯片读入所购水量并和水表内剩余水量累加，并写入射频卡水表内存储器。

第二章 系统分析及设计方案

本文以智能IC

卡水表系统为研究对象，研究了基于单片机的智能水表的设计。了解智能IC 水表系统的工艺过程，对被控对象进行整体分析，设计整体系统方案；

根据智能IC 水表系统的特点，完成系统的硬件设计；在硬件设计基础上，完成系统软件部分的设计，包括主程序、初值设定子程序、

LED 显示子程序等。

系统设计技术指标

（

1）实现智能水表精确测量，达到 1 级精度要求的方法。此处涉及到水量计量芯片的选择、CPU 的选择、软件算法的构架、PCB 布局等影响测量精度因素的研究。 （2） （2）实现水表智能化管理的具体方法。涉及到的研究内容有：数据存储的方法、系统通过 RS485 与上位机通信实现方法、系统通过红外与其他设备通讯的实现方法。

（3） （3）实现系统供电电源的方法。此处涉及到交流电源转直流稳压电源的研究。

系统主要硬件

单片机的最小系统、流量传感器、显示电路、电源模块、报警电路、门阀驱动电路、读写模块等,系统的结构如图2-1所示。