智能水表的硬件系统设计(附件)
由于科技和社会的发展，传统的水表抄表方式已经越来越不符合现代化管理的需要。由于电子技术、计算机技术、通信技术的发展，水表也往智能化方向发展。以单片机为核心的非接触式IC卡水表便是智能水表中很常见的一类而且应用及其广泛。这篇论文先后介绍了智能水表的发展历程，以及非接触式IC卡水表的性能要求、技术突破、总体功能、系统组成、硬件系统的设计。并取得了丰硕的成果（1）根据智能水表的设计需求,研究了智能水表的整体技术方案。对智能水表的硬件系统和几个关键技术问题进行了讨论和研究。（2）根据智能水表的性能指标,首先研究了智能水表的总体结构；然后基于嵌入式微处理器设计了非接触式IC卡智能水表的硬件系统,实现了硬件系统总体设计、水流量采集单元、水流量处理单元、IC卡及读卡器单元的设计。关键词 智能水表，无线射频技术，STC89C52单片机，预付费系统
目 录
1 绪论 1
1.1 选题提出的背景和来源 1
1.2 水表的发展历程 2
1.3 IC卡智能水表的性能要求和技术突破 5
1.4 课题的设计思路与步骤： 6
1.5 论文的结构： 7
2 智能水表的总体设计 7
2.1 预付费系统的实现 7
2.2 IC卡智能水表的总体结构图 8
2.3 IC卡智能水表的组成和工作方式 8
2.4 本章总结 10
3 IC卡智能水表的硬件系统设计 10
3.1 IC卡智能水表的硬件系统的整体设计框图 10
3.2 智能水表的智能芯片选择及外围电路 11
3.3 LCD显示屏模块 16
3.4 IC卡与读卡器模块模块 18
3.5 电路电源模块 22
3.6 电磁阀模块的设计 24
3.7 流量检测模块 25
3.8 报警电路的设计 26
4 演示与仿真 26
4.1 电路图的仿真 26
4.2 实物的演示 27
结论 31
致谢 31
参考文献 32
附录:智能水表原理图 39
1 绪论< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
br /> 1.1 选题提出的背景和来源
改革开放的近几十年，中国无论在经济上还是在科学技术上都取得了长足的进步，中国也越来越和国际化接轨。伴随着社会的发展，中国人民在社会生活方面也发生着日新月异的变化。中国的用水制度也在随着社会的变革而变革[1]。在科学技术还不发达的年代里，最常用的的是机械水表，这种水表结构非常简单，功能也比较单一。这种水表用指针的指向显示用水数据，结合上次抄表和这次抄表的用水信息，两者相减的值便是这段时间的用水量，再乘以水的单价，便得到了水的总格。这种水表虽然方便使用价格便宜，在农村地区与许多偏远地区仍是主力军，但是这种水表也有着很大的缺陷，一方面给投机倒把者提供了机会，只要有人熟悉水表的工作原理，那么“偷水”就变得比较容易。而且这种计费方式是纯人工抄表的，既存在误差，也存在不透明性。另一方面，城镇化在当前的社会发展下也是大势所趋，人口从农村向城市迁移，居民住房从分散开的独立庭院转向了具有整体性的现代化小区。为了便于小区的整体性管理，构建智能小区让传统水表另一大致命不足便凸显了出来，必须要有工作人员挨家挨户抄用户的用水数据，这样费时费力，容易出错，容易出现盗窃事件，不利于小区的整体化管理，与现代化社会格格不入。许多农村地区甚至有几家共用一个水表的情况，在缴纳水费时甚至会因为费用分配的问题起争端。
另外一个问题更是迫在眉睫，那便是水资源保护的问题。我国的水资源总量居世界第四，占世界水资源总量的6%，排在我国前列的只有加拿大、巴西和俄罗斯。但是我国确是一个严重缺水的国度，虽然总量巨大，但是由于我国人口巨大，再大的总量除以巨大的人口数量，分给每个中国人的用水量就很不乐观了，我国的人均水资源拥有量只有世界平均水平的25%[2]。更糟糕的是工业化以及城市建设给中国本就捉襟见肘的用水形式雪上加霜，工业的发展需要花费巨大的水资源，也污染了许多珍贵的水资源。北方的许多本来绿水萦绕的地方已经变成的荒凉的戈壁，所以这引起了人们的反思。若不妥善解决好这一问题，不仅水资源的不到应有的保护，居民便陷入用水难的境地，而且国家的工业发展也会收到很大的影响。国家改革当前的用水管理制度。传统的水表可能造成水资源的泄露，一些用户甚至拖欠水费不交，造成了一些不必要的水资源浪费。新型的智能水表必须能弥补传统水表的诸多不足。
传统水表的弊端，以及中国的水资源短缺的国情让用水制度的改革迫在眉睫。随着计算机技术、通信技术、自动化技术、电力电子技术的迅速发展，基于非接触式IC卡的智能水表采用了射频技术，使水表实现了智能化。这款智能水表使居民用水的预付费制度成为可能，即先缴费后用水，提高居民的节水意识，让水也是商品这一理念深入人心。居民通过IC卡缴费，充值费用后才能用水，否则智能水表的阀门便会关闭。该智能水表能够完成对水流的控制、测量并保存用户的用水量，还能对用水数据进行传送，用户缴费可以在专门的站点，也可以在银行缴费，非常的灵活。
1.2 水表的发展历程
1.2.1 水表的起源与传统水表
水表最初起源于英国，于1825年由英国的克路斯发明，到今天水表已经有将近300年的历史了[3]。
我们熟悉的传统水表是机械水表，机械水表由三部分组成分别是：壳体、套筒、内芯。它的工作原理是：自来水从进水口流进水表，通过一层滤网流入水表内，水表内是一个圆环形结构，分为上圆环和下圆环。圆环内装有一个套筒，套筒有上下两次圆孔结构。水流是通过套筒的下层流进水表，由于这种结构，水流是在水表内旋转着向上的。内芯的作用是完成对水流量的测量，分为下层、中层、上层。下层是由许多塑料制成的叶轮组成的，在流进的向上旋转的水流的作用下叶轮会旋转，当水龙头的阀门开的越大，进水量越大水流速度越快，叶轮转的便越快。内芯的中层是齿轮，齿轮和上层表盘上的齿轮相互吻合在一起也和叶轮联系在一起，叶轮带动着中层的齿轮转动，中层的齿轮也带动着上层的齿轮转动，上层的齿轮以不同的传动比带动着表盘上各个指针的转动，随后水流经圆筒上层的孔流出水表，从而完成对水流量的测量。这种水表结构简单，方便使用，也能完成对水流量的测量，而且价格便宜，所以一直被广泛地使用，但是它的局限性和缺点也很明显：计量不够精确，而且随着使用的年限的增加，表内的许多金属齿轮容易被锈蚀，从而影响计量的精度。另外他的读数方法也很复杂，自来水公司需要派专门的工作人员读数并记录用水量，在计算用户的用水费用，非常耗费人力，容易出错，容易出现盗窃事件，不利于小区的整体化管理，与现代化社会格格不入。许多农村地区甚至有几家共用一个水表的情况，在缴纳水费时甚至会因为费用分配的问题起争端。这样智能水表便应运而生。
目 录
1 绪论 1
1.1 选题提出的背景和来源 1
1.2 水表的发展历程 2
1.3 IC卡智能水表的性能要求和技术突破 5
1.4 课题的设计思路与步骤： 6
1.5 论文的结构： 7
2 智能水表的总体设计 7
2.1 预付费系统的实现 7
2.2 IC卡智能水表的总体结构图 8
2.3 IC卡智能水表的组成和工作方式 8
2.4 本章总结 10
3 IC卡智能水表的硬件系统设计 10
3.1 IC卡智能水表的硬件系统的整体设计框图 10
3.2 智能水表的智能芯片选择及外围电路 11
3.3 LCD显示屏模块 16
3.4 IC卡与读卡器模块模块 18
3.5 电路电源模块 22
3.6 电磁阀模块的设计 24
3.7 流量检测模块 25
3.8 报警电路的设计 26
4 演示与仿真 26
4.1 电路图的仿真 26
4.2 实物的演示 27
结论 31
致谢 31
参考文献 32
附录:智能水表原理图 39
1 绪论< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
br /> 1.1 选题提出的背景和来源
改革开放的近几十年，中国无论在经济上还是在科学技术上都取得了长足的进步，中国也越来越和国际化接轨。伴随着社会的发展，中国人民在社会生活方面也发生着日新月异的变化。中国的用水制度也在随着社会的变革而变革[1]。在科学技术还不发达的年代里，最常用的的是机械水表，这种水表结构非常简单，功能也比较单一。这种水表用指针的指向显示用水数据，结合上次抄表和这次抄表的用水信息，两者相减的值便是这段时间的用水量，再乘以水的单价，便得到了水的总格。这种水表虽然方便使用价格便宜，在农村地区与许多偏远地区仍是主力军，但是这种水表也有着很大的缺陷，一方面给投机倒把者提供了机会，只要有人熟悉水表的工作原理，那么“偷水”就变得比较容易。而且这种计费方式是纯人工抄表的，既存在误差，也存在不透明性。另一方面，城镇化在当前的社会发展下也是大势所趋，人口从农村向城市迁移，居民住房从分散开的独立庭院转向了具有整体性的现代化小区。为了便于小区的整体性管理，构建智能小区让传统水表另一大致命不足便凸显了出来，必须要有工作人员挨家挨户抄用户的用水数据，这样费时费力，容易出错，容易出现盗窃事件，不利于小区的整体化管理，与现代化社会格格不入。许多农村地区甚至有几家共用一个水表的情况，在缴纳水费时甚至会因为费用分配的问题起争端。
另外一个问题更是迫在眉睫，那便是水资源保护的问题。我国的水资源总量居世界第四，占世界水资源总量的6%，排在我国前列的只有加拿大、巴西和俄罗斯。但是我国确是一个严重缺水的国度，虽然总量巨大，但是由于我国人口巨大，再大的总量除以巨大的人口数量，分给每个中国人的用水量就很不乐观了，我国的人均水资源拥有量只有世界平均水平的25%[2]。更糟糕的是工业化以及城市建设给中国本就捉襟见肘的用水形式雪上加霜，工业的发展需要花费巨大的水资源，也污染了许多珍贵的水资源。北方的许多本来绿水萦绕的地方已经变成的荒凉的戈壁，所以这引起了人们的反思。若不妥善解决好这一问题，不仅水资源的不到应有的保护，居民便陷入用水难的境地，而且国家的工业发展也会收到很大的影响。国家改革当前的用水管理制度。传统的水表可能造成水资源的泄露，一些用户甚至拖欠水费不交，造成了一些不必要的水资源浪费。新型的智能水表必须能弥补传统水表的诸多不足。
传统水表的弊端，以及中国的水资源短缺的国情让用水制度的改革迫在眉睫。随着计算机技术、通信技术、自动化技术、电力电子技术的迅速发展，基于非接触式IC卡的智能水表采用了射频技术，使水表实现了智能化。这款智能水表使居民用水的预付费制度成为可能，即先缴费后用水，提高居民的节水意识，让水也是商品这一理念深入人心。居民通过IC卡缴费，充值费用后才能用水，否则智能水表的阀门便会关闭。该智能水表能够完成对水流的控制、测量并保存用户的用水量，还能对用水数据进行传送，用户缴费可以在专门的站点，也可以在银行缴费，非常的灵活。
1.2 水表的发展历程
1.2.1 水表的起源与传统水表
水表最初起源于英国，于1825年由英国的克路斯发明，到今天水表已经有将近300年的历史了[3]。
我们熟悉的传统水表是机械水表，机械水表由三部分组成分别是：壳体、套筒、内芯。它的工作原理是：自来水从进水口流进水表，通过一层滤网流入水表内，水表内是一个圆环形结构，分为上圆环和下圆环。圆环内装有一个套筒，套筒有上下两次圆孔结构。水流是通过套筒的下层流进水表，由于这种结构，水流是在水表内旋转着向上的。内芯的作用是完成对水流量的测量，分为下层、中层、上层。下层是由许多塑料制成的叶轮组成的，在流进的向上旋转的水流的作用下叶轮会旋转，当水龙头的阀门开的越大，进水量越大水流速度越快，叶轮转的便越快。内芯的中层是齿轮，齿轮和上层表盘上的齿轮相互吻合在一起也和叶轮联系在一起，叶轮带动着中层的齿轮转动，中层的齿轮也带动着上层的齿轮转动，上层的齿轮以不同的传动比带动着表盘上各个指针的转动，随后水流经圆筒上层的孔流出水表，从而完成对水流量的测量。这种水表结构简单，方便使用，也能完成对水流量的测量，而且价格便宜，所以一直被广泛地使用，但是它的局限性和缺点也很明显：计量不够精确，而且随着使用的年限的增加，表内的许多金属齿轮容易被锈蚀，从而影响计量的精度。另外他的读数方法也很复杂，自来水公司需要派专门的工作人员读数并记录用水量，在计算用户的用水费用，非常耗费人力，容易出错，容易出现盗窃事件，不利于小区的整体化管理，与现代化社会格格不入。许多农村地区甚至有几家共用一个水表的情况，在缴纳水费时甚至会因为费用分配的问题起争端。这样智能水表便应运而生。
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