無(wú)磁水表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、摘 要水表是水流量計(jì)量的主要工具，與居民的生產(chǎn)生活有著密切的關(guān)系，而國(guó)內(nèi)的水表大多采用較為落后的旋翼式水表，水表行業(yè)面臨著較好的機(jī)遇。本設(shè)計(jì)中的無(wú)磁水表由于抗磁干擾性較強(qiáng)，所以具有相當(dāng)高的穩(wěn)定性。利用LC振蕩電路來(lái)測(cè)量水流量，選用較為先進(jìn)的AT89C52單片機(jī)為核心，制作出功耗較低的無(wú)磁水表，而且擁有較高的穩(wěn)定性，并能保持較高的精準(zhǔn)度和抗干擾性。關(guān)鍵詞：無(wú)磁水表、LC振蕩電路、AT89C52單片機(jī)ABSTRACTWater flow meter is the main tool measurement with the production life of the residents has

2、a close relationship,and the use of domestic water meters is lagging behind most of the rotor type water meter,water meter industry is facing good opportunities.The design of the non-magnetic meter has a good opportunity,have a good value of promotion.Through the measurement of water flow LC oscilla

3、tor circuit,the use of more advanced and feature more AT89C52 MCU as the core,to produce non-magnetic meters,and has a high stability,and to maintain a high accuracy and immunity.Key words：LC oscillating circuit,AT89C52 microcomputer,water meter with nonmagnetic目錄1引言11.1課題提出的目的及背景11.2水表發(fā)展的歷程及趨勢(shì)11.2.

4、1水表測(cè)量技術(shù)11.2.2水表的發(fā)展趨勢(shì)22系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)32.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及方案選擇32.2系統(tǒng)組成33系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)43.1單片機(jī)的選擇43.2無(wú)磁計(jì)量功能模塊63.2.1無(wú)磁計(jì)量的原理63.3閥門(mén)控制83.4液晶顯示模塊93.5IC卡模塊103.6蜂鳴器電路123.7電壓檢測(cè)模塊133.8電源電路模塊143.9防拆電路模塊153.10復(fù)位電路模塊163.11鍵盤(pán)設(shè)計(jì)164系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)174.1主程序設(shè)計(jì)174.2子程序設(shè)計(jì)184.2.1充值程序設(shè)計(jì)184.2.1用水扣費(fèi)程序設(shè)計(jì)195軟件選擇及仿真195.1軟件的選擇195.2仿真結(jié)果演示206總結(jié)22致謝24參考文獻(xiàn)25附錄26

5、1引言1.1課題提出的目的及背景流量計(jì)量是科學(xué)計(jì)量中非常重要的一部分，而水流量計(jì)量又是流量計(jì)量中最重要的組成部分，在居民的生產(chǎn)、生活中起著非常重要的作用。而無(wú)磁水表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能夠?yàn)樗饔?jì)量提供強(qiáng)有力地支持。眾所周知，水是不可再生資源。由于人口過(guò)多，工業(yè)的高速發(fā)展，我們對(duì)水的需求量也越來(lái)越大，環(huán)境的自凈速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上我們的用水速度。近年來(lái)隨著全球水資源的不斷枯竭，為改變中國(guó)南澇北旱和北方地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺局面，南水北調(diào)等國(guó)家重點(diǎn)工程的運(yùn)行，隨著法制計(jì)量的不斷完善，全社會(huì)對(duì)水計(jì)量的要求越來(lái)越高。因此，設(shè)計(jì)出適合我國(guó)各種使用條件的水表成為一個(gè)重要的課題，設(shè)計(jì)出的水表要擁有較高的穩(wěn)定性，精準(zhǔn)性和較強(qiáng)

6、的抗干擾的能力?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)出的水表多是采用舌簧管、霍爾元件或者是韋根傳感器，但是他們都有著較為明顯的缺點(diǎn)。舌黃管一旦出現(xiàn)故障，檢測(cè)故障相當(dāng)困難，由于誤差較大，并不適合對(duì)誤差要求高的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而且其產(chǎn)品壽命太低，也并不適合生產(chǎn)；而霍爾元件在工作的時(shí)候容易被磁場(chǎng)和電場(chǎng)干擾；韋根傳感器存在磁阻大，價(jià)格太貴的缺點(diǎn)。我們可以看出這幾種傳感器都帶有磁的特性，在磁場(chǎng)作用下發(fā)出脈沖信號(hào)，所以都會(huì)避免不了磁場(chǎng)的干擾，從這點(diǎn)就能體現(xiàn)出本文設(shè)計(jì)的無(wú)磁水表的優(yōu)越性。本設(shè)計(jì)利用LC振蕩電路的原理，而不需要利用到電磁原理，這樣的話就可以使其具有較高的穩(wěn)定性和抗干擾的能力，并且大大的提高精準(zhǔn)度，所以具有一定的推廣價(jià)值。1.2

7、水表發(fā)展的歷程及趨勢(shì)1.2.1水表測(cè)量技術(shù)水表的測(cè)量對(duì)象是水，而水是相對(duì)條件下較為穩(wěn)定的，其溫度、壓力、密度等都不容易受到影響。但因?yàn)榱髁坑?jì)量的動(dòng)態(tài)特性，水表的工作依然會(huì)受到一定的影響。隨著流量計(jì)量技術(shù)的發(fā)展，我們可以選擇的范圍也越來(lái)越寬，但是很多技術(shù)都有著自己的缺陷。當(dāng)我們選擇合適的水表時(shí)，除要適應(yīng)符合法制計(jì)量的要求之外，我們必須考慮各方面的其它因素，包括它的靈敏度、數(shù)據(jù)的范圍、成本和安裝復(fù)雜程度、抗干擾的能力等等。因此，為了適應(yīng)各種不同的環(huán)境條件，比如介質(zhì)，流量等，它們都有著不同的使用要求，所以各類水表被廣泛應(yīng)用。而我們?cè)O(shè)計(jì)的無(wú)磁水表就是為了避免磁場(chǎng)的干擾而設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品。1.2.2水表的發(fā)

8、展趨勢(shì)隨著計(jì)量技術(shù)的發(fā)展，水表也進(jìn)入高速發(fā)展的階段，現(xiàn)國(guó)內(nèi)外主要發(fā)展以下幾種水表：1.預(yù)付費(fèi)類水表預(yù)付費(fèi)水表主要采用先付費(fèi)后用水的原則。這對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)的手抄式收費(fèi)方式進(jìn)行了重大的改革。它能非常有效的解決部分地區(qū)收水費(fèi)困難的問(wèn)題，而且一定程度上節(jié)省了人力資源，也避免了因?yàn)槌矶o居民的生活帶來(lái)不便，而且可以使收費(fèi)更為合理。這種水表在以后的發(fā)展中會(huì)越來(lái)越廣泛的得到運(yùn)用，有著較為廣闊的發(fā)展前景。2.靈敏度較高的水表由于水資源的日益匱乏，水也變得越來(lái)越寶貴，采用計(jì)量等級(jí)高的水表能夠一定程度上的節(jié)約水資源，避免水資源的浪費(fèi)。而且因?yàn)槠漭^高的靈敏度，可以運(yùn)用到生產(chǎn)過(guò)程中。其主要產(chǎn)品為活塞式水表，可以達(dá)到國(guó)際

9、上的標(biāo)準(zhǔn)。3.防倒流水表或雙向計(jì)量水表現(xiàn)在市面上的水表多為單流向的水表，如果水流產(chǎn)生倒流，可以使水表反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致水表的計(jì)量出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致計(jì)量的糾紛。如果采用防倒流水表或者雙向計(jì)量水表，則可以避免這種情況，避免部分有心之人采用倒流法作弊，造成水資源的白白浪費(fèi)。這種水表也擁有著較好的市場(chǎng)。4.遠(yuǎn)傳戶外抄讀和計(jì)算機(jī)物業(yè)管理相結(jié)合的水表由于信息化的高速發(fā)展，自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，遠(yuǎn)傳戶外抄讀的水表也開(kāi)始進(jìn)入大眾的視野中。它能夠較為集中高效的掌握用戶的用水量信息，節(jié)省很多的人力資源，越來(lái)越受到居民的喜愛(ài)。2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及方案選擇本設(shè)計(jì)中選擇利用LC振蕩電路的原理來(lái)測(cè)量水流量

10、，它的基本電路圖如圖2-1所示。圖2-1 LC振蕩基本原理在圖2-1的電路中，我們先把K開(kāi)關(guān)處于1位，使電容C充滿電；等充電完成后將K開(kāi)關(guān)扳至2位。如果電感L中的電阻和線路上的損耗被忽略掉，這樣就可以構(gòu)成一個(gè)理想狀態(tài)的LC振蕩回路。當(dāng)完成上述步驟后，回路中將會(huì)產(chǎn)生自由振蕩。當(dāng)開(kāi)關(guān)K扳至2位后，充了電的電容C將通過(guò)電感L放電，產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果：（1）放電過(guò)程中，電容器中的電荷量逐漸減少，電壓也同時(shí)會(huì)逐漸降低，所儲(chǔ)存的能量也會(huì)變少；（2）同時(shí)通過(guò)電感器電流增大，會(huì)導(dǎo)致電感器的磁能慢慢的增加。當(dāng)電容放電完全后，電荷量、電壓、電能都會(huì)變成零。在這個(gè)時(shí)候，電感中的電流則會(huì)達(dá)到最大值，磁場(chǎng)中的能量也會(huì)達(dá)到最大

11、。由于能量守恒，在這個(gè)時(shí)候電感中的磁能與電容放電前的電能會(huì)是相等的。如果是在理想的情況下，LC回路中的振蕩將會(huì)一直進(jìn)行下去。但是振蕩總是會(huì)有衰減的而且衰減程度會(huì)不同，計(jì)量水流量可以利用衰減程度的不同判斷當(dāng)前傳感器所處的狀態(tài)。2.2系統(tǒng)組成本次設(shè)計(jì)的組成模塊主要有以下幾個(gè)模塊，分別是單片機(jī)控制模塊、蜂鳴器模塊、液晶顯示模塊、電壓檢測(cè)模塊、Flash存儲(chǔ)模塊、閥門(mén)控制模塊、無(wú)磁計(jì)量模塊、復(fù)位電路模塊、防拆裝置模塊以及IC卡模塊。無(wú)磁水表系統(tǒng)總框圖如圖2-2所示。圖2-2 無(wú)磁水表系統(tǒng)總框圖各模塊的主要功能如下：1.電壓檢測(cè)模塊：主要用來(lái)檢測(cè)電池電量。當(dāng)電量不足時(shí)發(fā)出提醒并關(guān)閉閥門(mén)。2.FLASH存

12、儲(chǔ)模塊：主要用于儲(chǔ)存水量余額、已用水量等信息。3.IC口模塊：用來(lái)購(gòu)買(mǎi)水量，管理系統(tǒng)和下位機(jī)之間傳輸重要數(shù)據(jù)。4.無(wú)磁計(jì)量模塊：主要用于測(cè)量水流量。5.閥門(mén)控制模塊：用于控制供水的開(kāi)關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)一些異常的情況時(shí)關(guān)閉。6.液晶顯示模塊：顯示水表中的各種數(shù)據(jù)。7.蜂鳴器模塊：用以提示相應(yīng)的操作是否成功，成功時(shí)蜂鳴器響。8.復(fù)位電路：為了保證單片機(jī)能夠正常運(yùn)行。9.防拆裝置：為了防止水表被拆卸。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)的選擇此次設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)。Atmel公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)功能非常的強(qiáng)大，較低的功耗，很好的兼容性，很高的穩(wěn)定性，而且有較高的性價(jià)比。AT89C52單片機(jī)的主

13、要工作特性如下：（1）在硬件組成、指令系統(tǒng)等發(fā)面有很好的兼容性。（2）運(yùn)算處理能力相當(dāng)?shù)膹?qiáng)大，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的算法。（3）擁有三個(gè)可編程定時(shí)器。（4）有著低功耗的工作模式。（5）可編程串行UART通道。（6）全靜態(tài)操作:0HZ-24MHZ。（7）1000次擦寫(xiě)周期。AT89C52外部引腳圖如圖3-1所示。圖3-1 AT89C52外部引腳圖AT89C52部分引腳功能介紹如下：VCC：電源電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶有內(nèi)

14、部上拉電阻的雙向I/O口。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。3.2無(wú)磁計(jì)量功能模塊3.2.1無(wú)磁計(jì)量的原理圖3-2用兩個(gè)LC傳感器旋轉(zhuǎn)測(cè)量的原理如圖3-2所示，在這個(gè)圓盤(pán)上，區(qū)域a鍍有良好導(dǎo)電性的金屬而另一半?yún)^(qū)域b是導(dǎo)電性很差的半圓盤(pán)，沒(méi)有鍍有任何金屬。圓盤(pán)會(huì)隨著水流的流動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，所以導(dǎo)致電感所處的位置也會(huì)變化。當(dāng)位于左邊的電路給LC回路激勵(lì)脈沖信號(hào)，可以使LC回路產(chǎn)生振蕩，從而會(huì)讓它擁有能量。隨后斷開(kāi)激勵(lì)電路，從而會(huì)讓它發(fā)生阻尼振蕩，振蕩總會(huì)發(fā)生區(qū)域a的半盤(pán)或者區(qū)域b的半盤(pán)上。因?yàn)樵谡袷幍倪^(guò)

15、程中，能量會(huì)損失掉一部分，從而會(huì)導(dǎo)致振蕩的不斷衰減，衰減會(huì)遵循以下的公式： （3-1）式子中為振蕩電壓；為激勵(lì)電壓；為阻尼系數(shù)；為衰減振蕩中角頻率；衰減振蕩中的角頻率跟阻尼系數(shù)有著很大的關(guān)系,即,式中，為L(zhǎng)C回路的諧振的角頻率。從以上式子中我們可以看出:鍍了導(dǎo)電性良好的金屬的區(qū)域a如果處于電感線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的話，金屬的存在會(huì)一定程度上影響阻尼系數(shù)的大小，衰減振蕩的頻率將受到影響,衰減會(huì)更快些,振蕩波形如圖3-3所示。圖3-3波形測(cè)量示意圖我們把兩種不同的振蕩波形轉(zhuǎn)換為MCU可以識(shí)別的0或1代碼，傳感器所在的位置就可以被確定了。AT89C52單片機(jī)可以非常有效的轉(zhuǎn)換這種振蕩波形。我們對(duì)振蕩中

16、的電壓進(jìn)行對(duì)比和分析以后會(huì)發(fā)下，在左邊的振蕩電路斷開(kāi)以后，然后我們需要延時(shí)一段時(shí)間，然后等待振蕩衰減到可以測(cè)量的范圍內(nèi)的時(shí)候，然后在規(guī)定的時(shí)間把測(cè)得的電壓和基準(zhǔn)電壓比較，如果比基準(zhǔn)電壓高的話，我們視為高，如果始終比基準(zhǔn)電壓低的則視為低，基準(zhǔn)電壓是由單片機(jī)AD采集模塊得到的。旋轉(zhuǎn)測(cè)量的轉(zhuǎn)換結(jié)果如圖3-4所示。圖3-4 旋轉(zhuǎn)測(cè)量的轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)圖3-4(a)所示，如果我們僅僅使用一個(gè)LC回路，只能測(cè)得水流的單向流動(dòng)，只有使用2個(gè)LC回路才可以推斷出水流的流向，利用傳感器1或傳感器2狀態(tài)的變化導(dǎo)致的高低電平的變化來(lái)判斷轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。圖3-4(b)是轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)的時(shí)序圖，我們可以看出如果以逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正

17、向的話，可以把當(dāng)傳感器1和傳感器2從狀態(tài)d改變到狀態(tài)a時(shí)認(rèn)為是水量增加1個(gè)單位，把從狀態(tài)b改變到狀態(tài)a時(shí)認(rèn)為是水量減少1個(gè)單位。把前一次狀態(tài)到當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)變的所有可能及相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)列成狀態(tài)表，存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，我們根據(jù)傳感器采集到的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)N，儀表常數(shù)為K，再由Q(L)=N/K（且K=N/L)可以得出流過(guò)儀表的水量Q，從而達(dá)到計(jì)量水量的目的。3.3閥門(mén)控制閥門(mén)控制在水表控制系統(tǒng)中處于非常重要的地位，如果閥門(mén)控制的性能較差，將會(huì)給居民的生產(chǎn)生活帶來(lái)不便，而且不利于供水部門(mén)的監(jiān)管。而閥門(mén)的種類又有很多種，我們本次采用脈沖式電磁閥。閥門(mén)控制設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥的開(kāi)、關(guān)及故障診斷。當(dāng)

18、IC卡認(rèn)證時(shí)，如果認(rèn)證錯(cuò)誤，則電控閥關(guān)閉，如果認(rèn)證成功，則電控閥開(kāi)啟。如果電池缺電，電控閥也需要關(guān)閉。如果出現(xiàn)并顯示閥門(mén)故障，此時(shí)水表用戶需通知管理人員進(jìn)行排除故障后方可正常用水。原理如圖3-5所示。圖3-5電控閥模塊原理圖在這個(gè)圖中，可以看到電路中有一個(gè)三極管Q，它主要的作用是一定程度上能夠減小電路中的靜態(tài)功耗。在日常的生活中，閥門(mén)肯定長(zhǎng)時(shí)間處于打開(kāi)或者關(guān)閉的狀態(tài)，所以開(kāi)關(guān)中2和1接觸，或者2和3接觸。我們?cè)谶@里假設(shè)2和1接觸。如果不要三極管Q，則2會(huì)直接接地，Vcc、R1、開(kāi)關(guān)、地就構(gòu)成一個(gè)通路。我們假設(shè)R1為10K，電源為3.6V，我們可以得到靜態(tài)電流為0.36mA，對(duì)于本系統(tǒng)靜態(tài)電流過(guò)

19、大，所以三極管Q必不可少。3.4液晶顯示模塊本設(shè)計(jì)中的液晶顯示模塊采用LCD顯示器，選擇LM016L液晶顯示器。顯示器的作用是為了顯示數(shù)值和提示信息。當(dāng)放入IC卡后輸入密碼時(shí)，顯示出需要輸入密碼的數(shù)字，當(dāng)密碼錯(cuò)誤時(shí)提示輸入錯(cuò)誤。并且能夠顯示剩余水量，和使用水量的總和。液晶顯示模塊電路圖如圖3-6所示。圖3-6 液晶顯示模塊電路LM016L液晶顯示器在設(shè)計(jì)中非常的常見(jiàn)。它的顯示的質(zhì)量是非常高的，而且不會(huì)發(fā)生閃爍。而且這個(gè)顯示器采用的是數(shù)字型接口，這種接口是相對(duì)比較可靠的，而且有著非常方便的操作。它在體積上是非常小的，并且有著很小的功耗，所以在本設(shè)計(jì)中是比較適合的。它是使用HD44780控制器，這

20、個(gè)控制器的功能非常的強(qiáng)大，能夠?qū)崿F(xiàn)字符的移動(dòng)和閃爍的功能。3.5IC卡模塊由于傳統(tǒng)的接觸式IC卡的使用壽命不長(zhǎng)，且損壞后難以修理。本設(shè)計(jì)采用非接觸式IC卡，即射頻卡。因?yàn)闆](méi)有觸點(diǎn)，所以它具有很好的可靠性。射頻卡擁有多種可工作的距離，能夠適應(yīng)不同的場(chǎng)合。無(wú)需插拔，使它擁有很好的可操作性。IC卡模塊采用RC522芯片，IC卡模塊的電路圖如圖3-7所示。圖3-7 IC卡模塊的電路圖如圖所示，在復(fù)位以后，先使系統(tǒng)初始化，并且使看門(mén)狗復(fù)位，而且同時(shí)要使關(guān)鍵的數(shù)據(jù)得到恢復(fù)。當(dāng)水表能夠正常工作的時(shí)候,我們還要能夠判斷系統(tǒng)各個(gè)部件是否缺電，是否收到外界磁場(chǎng)的干擾，IC卡中的余額是否不足，閥門(mén)是否被拆卸過(guò)。如果

21、系統(tǒng)發(fā)生電量不足、受到外界磁場(chǎng)的干擾、水表被人為的拆卸過(guò)、IC卡內(nèi)的余額不足的情況，電控閥能夠自動(dòng)關(guān)閉。而且為了保護(hù)電控閥不長(zhǎng)時(shí)間一直的工作，我們需要定時(shí)關(guān)閉、開(kāi)啟一次電控閥。RC522系統(tǒng)的工作頻率是13.56MHz，這個(gè)頻率通過(guò)一個(gè)27.12MHz的晶振產(chǎn)生；IRQ端與單片機(jī)相連，用于產(chǎn)生中斷信號(hào)。由于信號(hào)傳輸載波頻率固定為13.56MHz，因此濾波和接收部分的元件L0、C0、R1、R2、Cmid和Crx的值是固定的。C1、C2這兩個(gè)元件用于匹配天線阻抗，它們值的大小與所設(shè)計(jì)天線參數(shù)密切相關(guān)。RC522芯片它具有以下工作特性。(1)高集成度的調(diào)制解調(diào)電路。(2)采用很少的外部連接器件。(3

22、)內(nèi)置溫度傳感器，以便在芯片溫度過(guò)高時(shí)自動(dòng)停止RF發(fā)射。(4)支持Classic加密。(5)64字節(jié)的發(fā)送和接收FIFO緩沖區(qū)。(6)靈活的中斷模式。(7)低功耗的硬復(fù)位功能。(8)軟件掉電模式。(9)可編程定時(shí)器。(10)3.3V的電源電壓。(11)CRV協(xié)處理器。(12)內(nèi)部自測(cè)試。在RC522應(yīng)用電路，除了與單片機(jī)的接口連接，RC522外圍的還必須有天線、以及和天線匹配的電路等等。3.6蜂鳴器電路圖3-8蜂鳴器電路模塊原理圖蜂鳴器電路原理圖如圖3-8所示,它的主要作用是在讀卡操作失敗的時(shí)候能夠報(bào)警。當(dāng)我們放上IC卡并開(kāi)始輸入密碼時(shí),如果密碼輸入錯(cuò)誤,會(huì)發(fā)出警報(bào)聲。而且當(dāng)水量不足的時(shí)候，也

23、能夠發(fā)出警報(bào)的聲音。本設(shè)計(jì)中的蜂鳴器電路主要由兩個(gè)電阻、一個(gè)三極管和一個(gè)蜂鳴器組成。3.7電壓檢測(cè)模塊圖3-9 電壓檢測(cè)模塊連接圖電壓檢測(cè)模塊連接圖如圖3-9所示，它在整個(gè)系統(tǒng)中也有著很重要的作用，是不可缺少的一部分。如果經(jīng)過(guò)電壓檢測(cè)，當(dāng)前的系統(tǒng)處于缺電的狀態(tài)，那么表內(nèi)的主要數(shù)據(jù)很可能丟失，電壓檢測(cè)模塊這個(gè)時(shí)候就要采取保護(hù)措施。首先關(guān)閉閥門(mén)使系統(tǒng)停止工作，將數(shù)據(jù)保存起來(lái)，以保證用戶和供水系統(tǒng)的利益。如果發(fā)生缺電，則主要可能是電源供電不足，或者是水表被人為的拆卸過(guò)。本設(shè)計(jì)中的電路主要是由電壓檢測(cè)器、常閉和常開(kāi)的開(kāi)關(guān)各一個(gè)、兩個(gè)與非門(mén)、一個(gè)或非門(mén)組成。當(dāng)電壓缺電時(shí)，會(huì)輸出一個(gè)低電平的信號(hào)，這個(gè)時(shí)候

24、會(huì)產(chǎn)生斷開(kāi)電路，已達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)的目的。3.8電源電路模塊圖3-10 電源電路模塊連接圖電源電路模塊連接圖如圖3-10所示，本次設(shè)計(jì)供電的電源采用鋰電池的設(shè)計(jì)，鋰電池電壓為3.6V。鋰電池有著自己很大的優(yōu)勢(shì)，它能夠提供系統(tǒng)的所有優(yōu)勢(shì)，而且使用的壽命是非常長(zhǎng)的。水表對(duì)于生活中是一種必須要保證長(zhǎng)時(shí)間使用的物品，它必須有著很高的穩(wěn)定性，而干電池則不具備這一點(diǎn)。當(dāng)然鋰電池也不是永遠(yuǎn)不會(huì)壞的，所以我們的電壓檢測(cè)系統(tǒng)彌補(bǔ)了這一點(diǎn)的不足，當(dāng)電量不足或者損壞的時(shí)候，我們的系統(tǒng)會(huì)發(fā)出提示，提醒用戶更換電池等等，來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)不丟失，以免給廣大用戶帶來(lái)困擾。3.9防拆電路模塊圖3-11 防拆電路模塊連接圖防拆電路連接圖

25、如圖3-11所示，在我們?cè)O(shè)計(jì)的水表中，加入防拆系統(tǒng)可以使這個(gè)水表更加安全可靠。在日常生活中，為了防止各別別有用心的用戶拆卸水表，這個(gè)部分也是不可缺少的，它能夠很有效的保護(hù)供水公司的利益。本設(shè)計(jì)中在電路中加入一個(gè)常閉的按鍵，當(dāng)有用戶開(kāi)始拆卸水表的時(shí)候，這個(gè)按鍵會(huì)打開(kāi)，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)會(huì)停止工作。這個(gè)設(shè)計(jì)可以非常有效地保證水表不被拆卸。3.10復(fù)位電路模塊圖3-12 復(fù)位電路原理圖復(fù)位電路的原理圖如圖3-12所示，這個(gè)電路的作用是為了保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)在任何時(shí)候都能夠正常的工作。當(dāng)單片機(jī)無(wú)法正常工作的時(shí)候，用復(fù)位電路可以使它自動(dòng)恢復(fù)或者采用人工進(jìn)行恢復(fù)。本設(shè)計(jì)中的主要復(fù)位是上電復(fù)位、欠壓復(fù)位和外部的復(fù)位。當(dāng)

26、電源的電壓高于指定的某個(gè)數(shù)值后，開(kāi)始進(jìn)行上壓復(fù)位。當(dāng)電壓低于設(shè)定的數(shù)值時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行欠壓復(fù)位。當(dāng)引腳的電平發(fā)生變化的時(shí)候，進(jìn)行外部復(fù)位。為了系統(tǒng)的安全，復(fù)位一定要等待一定的時(shí)間后并使電壓穩(wěn)定后才停止。3.11鍵盤(pán)設(shè)計(jì)圖3-13鍵盤(pán)設(shè)計(jì)原理圖鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)原理圖如圖3-13所示，由于本次設(shè)計(jì)需要鍵盤(pán)能夠充值并且輸入密碼，而單片機(jī)AT89C52的接口是不夠用的，所以我們的設(shè)計(jì)中采用4*4的16個(gè)鍵位的鍵盤(pán)。鍵盤(pán)在設(shè)計(jì)中是不可缺少的一部分，我們通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)控制系統(tǒng)，并且輸入一些重要的信息。本次采用的鍵盤(pán)不僅僅能夠滿足這次的設(shè)計(jì)，而且在成本上也是比較合適的，能夠運(yùn)用到生產(chǎn)中。選用合適的鍵盤(pán)，對(duì)于此次設(shè)計(jì)的成功

27、是不可缺少的一部分。4系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)對(duì)于主程序系統(tǒng)流程，復(fù)位以后，先使系統(tǒng)初始化，然后開(kāi)始檢測(cè)IC卡插入后的信息。主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-1所示。圖4-1 主程序設(shè)計(jì)流程圖本次設(shè)計(jì)的主程序先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，初始化完成后開(kāi)始讀卡，這時(shí)候屏幕上會(huì)顯示輸入密碼。當(dāng)密碼輸入完成后，需要對(duì)密碼進(jìn)行校對(duì)。如果密碼不正確，則系統(tǒng)自動(dòng)停止，反之密碼輸入正確后，要對(duì)是否需要進(jìn)行充值操作判斷。若余額充足，就開(kāi)啟閥門(mén)，用戶開(kāi)始用水。如果余額不足，需要進(jìn)行充值，那么我們就進(jìn)行充值操作，如果充值成功，則開(kāi)啟閥門(mén)用水。如果充值失敗，那么系統(tǒng)停止操作。4.2子程序設(shè)計(jì)4.2.1充值程序設(shè)計(jì)圖4-2 充值程序

28、設(shè)計(jì)流程圖充值程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-2所示。開(kāi)始后，首先對(duì)密碼進(jìn)行校對(duì)。如果密碼錯(cuò)誤，則本次充值直接結(jié)束。若密碼輸入正確，按下充值按鈕，然后輸入充值金額，充值成功后結(jié)束。4.2.1用水扣費(fèi)程序設(shè)計(jì)圖4-3 用水扣費(fèi)程序設(shè)計(jì)流程圖用水扣費(fèi)程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-3所示，首先我們先進(jìn)行讀卡操作，讀卡后按下用水按鈕，這個(gè)時(shí)候水閥開(kāi)啟，IC卡開(kāi)始扣費(fèi)。5軟件選擇及仿真5.1軟件的選擇在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，繪圖軟件選用PROTEL進(jìn)行繪圖。PROTEL是Altium公司設(shè)計(jì)出的一款非常強(qiáng)力的EDA軟件，在我們電子行業(yè)中，它經(jīng)常使我們首選的軟件，由于它很早就被大家接受，所以導(dǎo)致它現(xiàn)在也大范圍的被使用。它的操作非常的

29、簡(jiǎn)單，很適合我們進(jìn)行繪圖。PROTEL主要的功能特點(diǎn)是提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板作為設(shè)計(jì)模版；智能封裝導(dǎo)航和反射和串?dāng)_仿真的波形顯示結(jié)果與便利的測(cè)量工具相結(jié)合。本次設(shè)計(jì)中的仿真部分采用Proteus仿真軟件。Proteus仿真軟件的功能非常的強(qiáng)大，在電氣工程的學(xué)習(xí)應(yīng)用中起著很重要的作用。它的出現(xiàn)方便了很多電氣設(shè)計(jì)工作者，支持各種硬件及其軟件的仿真。它的主要的功能特點(diǎn)是能夠?qū)Ψ浅｝嫶蟮姆N類的單片機(jī)進(jìn)行仿真，進(jìn)行自動(dòng)或者人工的布線，能夠進(jìn)行互動(dòng)的仿真等等。它在我們的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中以及教學(xué)中都有著很重要的地位。5.2仿真結(jié)果演示本次設(shè)計(jì)中使用Proteus仿真軟件進(jìn)行仿真部分如圖5-1、圖5-2、圖5-

30、3及圖5-4所示。圖5-1 顯示輸入IC卡密碼當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，顯示輸入IC卡密碼，初始密碼為123。如果密碼輸入不正確，則發(fā)出警報(bào)聲。圖5-2 顯示余量不足請(qǐng)充值當(dāng)密碼輸入正確后，如果余額不足，則會(huì)提醒需要充值，這時(shí)候我們需要按下充值按鈕對(duì)IC卡進(jìn)行充值操作。圖5-3 充值金額顯示當(dāng)進(jìn)行充值的時(shí)候，我們需要輸入充值的金額，這里我們假設(shè)充值111元的水量。圖5-4 水表運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)當(dāng)水表正常運(yùn)行時(shí)，可以從顯示器中讀取數(shù)據(jù)。S為使用的水量總和，L為剩余的水量的總和。6總 結(jié)本次設(shè)計(jì)選用與居民的生產(chǎn)生活有很大聯(lián)系的水表作為研究課題。在大學(xué)四年學(xué)習(xí)的期間，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了有關(guān)單片機(jī)的知識(shí)，這是對(duì)于這些知識(shí)的一