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基于单片机的TM卡水表控制系统硬件结构和软件的设计与实现 来源：网络整理•作者：工程师黄明星• 2018-07-20 10:45 • 次阅读 • 个评论 一 引言随着社会科学技术的高速发展，资源短缺现象日益严重，尤其是与人类生存息息相关的水资源。随着我国信息产业的飞速发展，实现自来水收费管理的电子化、信息化及网络化已成为可能。水表系统的智能化可以大大提高供水管理部门的工作效率，节约费用，用以改善供水设施，提高居民饮用水质量。本文以一种智能卡式水表控制系统为研究对象，它结合了控制技术、计算机技术等多方面技术，是一种跨专业的电子信息化系统。
二 智能水表控制系统的总体结构 智能水表控制系统具体实现水表的自动计量水流量、读写TM卡、控制阀门、显示报警等功能。控制系统电路由低功耗单片机、流量计、E2PROM存储电路、TM卡读写电路、LCD显示控制电路、阀门控制检测电路、电压检测电路等组成。结构原理如图1所示。 图1 智能水表控制系统结构原理 当用户将含有购水量等信息的TM卡插入水表上卡座内时，控制阀在电控系统控制下开通供水通道。用户每用一个计量单位（10升），计量电路便发出一组计量脉冲序列，该脉冲序列如经电控系统判定为有效，即可从已购水量中减去一个计量单位。当剩余水量达到报警值时，液晶汉字显示“请购水”；当水量为零时，控制阀自动关闭，水路即被切断，此时用户须重新持卡购水。在正常情况下，控制阀处于接通状态，只有当特殊事件发生时控制阀才从接通状态变为关闭状态。 三 智能水表控制系统的硬件设计 TM卡水表控制系统由低功耗单片机、流量计量电路、E2PROM存储电路、TM卡读写电路、LCD显示控制电路、阀门控制检测电路、电压检测电路、实时时钟电路等组成。 1、单片机 2、E2PROM存储电路 在智能卡水表控制系统中，信息的存储是非常重要的方面。因此，在本控制系统中，存储器采用2K容量的串行CMOS E2PROM--CAT24WC02，它是低电压（1.8～6V）、低功耗、长寿命（一百万次编程和擦除周期）的器件，采用I2C总线数据传输协议，使用方便。用来存储总购水量、总用水量、上次购水量、卡号、水表状态等信息。接口电路如图2所示。 图2 I2C器件接口电路 3、TM卡读写电路 信息的载体--TM卡，采用单总线协议通讯，所有的读写操作均经一信号线（总线）和地线完成，所以读写电路极简单。在次不做详细阐述。 4、LCD显示控制电路 LCD驱动器采用HT1621，它是128点、内存映象和多功能的LCD驱动器，特有的软件配置特性使它适用于多种LCD应用场合，用于连接主控制器和HT1621的管脚只有4或5条。在本设计中，采用电阻和PNP三极管来控制HT1621的电源，降低功耗，延长LCD的使用寿命。LCD平时处于关闭状态，当有TM卡插入、并确认有效卡或有其它状况时，LCD开启并显示本次购水、已用水量、可用水量、阀门状态等信息。 5、水量计量电路 水表的基表采用符合ISO4064B标准的单流旋翼式冷水水表，技术参数如表1所示。该表计数机构与测量机构经磁耦合传动，采用干簧管水量计量发讯，每流经10升水时产生一脉冲；表内设有磁保护装置，具有较强的抗外磁干扰能力。水量计量脉冲通过由电容和电阻组成的防抖电路输入单片机，每输入一个脉冲，在存储器中减去相应水量。 表1单流旋翼式冷水水表技术参数 6、阀门控制检测电路 阀门控制是水表控制系统中一个很敏感部分，关启阀门的可靠性差，将会给供水部门带来很大的问题。因此，我们自行设计了结构巧妙、关闭可靠、DC2.6-3.6V控制的电动陶瓷阀门，有效地解决阀门关闭不可靠问题。如图3所示为电动阀门的正反控制电路，当正向端输入高电平，反向端输入低电平时，阀门开启；反之，阀门闭合。当单片机P1.6口输入低电平、P1.7口输入高电平时，三极管Q3、Q5、Q6导通，Q2、Q4、Q7截止，故正向端（ON）输出高电平，反向端（OFF）输出低电平，开启阀门，开启到位时，由单片机P1.5口输入检测信号，动作停止；反之，三极管Q2、Q4、Q7导通，Q3、Q5、Q6截止，正向端输出低电平，反向端输出高电平，关闭阀门，同样由单片机P1.6口输入关闭到位检测信号。 图3 电动阀门的控制电路 7、电源电压检测电路 为提高水表运行的可靠性和安全性，采用分级电源电压实时检测，电压实时检测芯片采用RH5VL28和RH5VL30。当电源电压正常时，芯片的Vout脚为高电平；当电源电压小于3.0V时，RH5VL30的Vout脚输出低电平，单片机检测到该信号后，控制液晶显示模块显示欠压，并关阀警告，提示用户更换电池；当电源电压小于2.8V时，RH5VL28的Vout脚输出低电平，单片机检测到该信号后，彻底关阀，直到用户更换完电池。 8、电源及实时时钟电路 单片机系统功耗的高低往往和电源电压的大小成正比，因此在以电池供电的系统中，在满足性能要求的前提下，尽可能选择低的供电电压。为此，我们采用武汉力兴公司ER14505型DC3.6V/2.0Ah一次性锂-亚硫酰氯电池作为系统电源，以充分利用单片机和外围器件的低电压、低功耗特性。 在ＴＭ卡式水表的实际应用中，用户因某些原因可能长期不使用。因此，电池在长时间微电流放电（相当于储存时的自放电）后，内阻将上升，电池的瞬时驱动能力下降，极有可能影响电控阀门的动作或者产生欠压，影响系统的稳定性。但同时，电池可能还有足够的容量使用，如果因此而更换电池又将增加水表的使用成本。为解决这个问题，我们在控制系统中增加了一个时钟电路，每隔一个月的时间，时钟芯片（PCF8563）产生中断，单片机接受后，控制阀门开启、关闭，使电池定时产生比较大电流的放电，降低电池内阻，改善电池的性能，进而提高整个系统的稳定性、可靠性以及免维护性。 四 智能水表控制系统的软件设计 如果说硬件电路是控制系统的基础的话，那么控制软件是整个系统的灵魂。控制软件的设计的好坏，直接影响系统运行的性能。在本系统中，考虑到P87LPC764单片机的内部程序存储器的大小，运行速度以及程序的易读性、可维护性等，采用了51汇编语言编写、模块化的方法编制。 TM卡水表控制系统的软件主要由主程序、中断服务程序、子程序等组成。主程序主要是单片机及接口芯片的初试化、自检、进入掉电状态等；中断服务程序包括水量计量中断、插卡中断、磁干扰输入中断、欠压中断和月报警中断等；子程序主要有LCD显示，存储器的读写和延时程序等。整个水表控制系统平时处在掉电状态下，当有外部中断信号时，才从睡眠中唤醒，执行程序。如图4是控制系统主程序流程。P87LPC764单片机具有较强的中断功能，四个优先级别的中断结构，最多可支持11个中断源。在本控制系统中，考虑到单片机平时都是在掉电模式下，因此，系统所应用的中断类型应该具有把P87LPC764单片机唤醒的能力。为此，控制系统中所用到的中断都采用了P87LPC764中很简便的、具有唤醒功能的KBI中断，并对每个中断源设定了优先级，比如水量计量中断优先级设置为最高等。 图4 控制系统主程序流程图 五 系统抗干扰设计 1、为防止用户采用电磁干扰来进行偷水、窃水的活动，另外增加了一个防人为电磁干扰的措施。即和计量发讯干簧管并排再放置一干簧管，但它的触动开关值比发讯干簧管稍高，因此，当用户用电磁进行干扰时，只要磁力高过一定限值，防电磁干扰的干簧管闭合，单片机检测到此信号即可进行相应操作，有效防止人为的电磁干扰现象。 2、在电路板的电源和地之间并接去耦电容，即10μF的电解电容和一个0.1μF的电容，来消除电源干扰。在要求电源质量不是很高的智能水表系统中，取得了比较好的效果。 3、电路板是电路系统中器件、信号线、电源线的高度集合体，电路板设计的好坏对抗干扰能力影响很大，所以印刷电路板设计时必须符合抗干扰的设计原则。5分钟实现单片机步进电机控制设计1 系统设计原理步进电机控制系统主要由单片机、键盘LED、驱动／放大和PC上位机等4个模块组成，其中PC机模块是软件控制部分。为保护单片机控制系统硬件电路，在单片机和步进电机之间增加过流保护电路2022-02-11 14:55:538基于单片机的步进电机开环控制系统基于单片机的步进电机开环控制系统基于单片机的步进电机开环控制系统2017-03-02 00:05:2315基于单片机的温湿度控制系统设计简介：本设计是基于单片机的温湿度控制系统，主要实现以下功能：可通过LCD1602显示温湿度和阈值； 可通过按键设置温湿度阈值； 可通过蜂鸣器进行报警。标签：51单片机、LCD1602、DHT112021-11-23 17:21:2811单片机基础：MCS-51单片机的硬件结构(附硬件结构框图)掌握单片机的硬件结构，这一篇就够了。2021-11-14 18:51:011351单片机 仿真 基于单片机的温室大棚自动控制系统飞外网站提供《51单片机 仿真 基于单片机的温室大棚自动控制系统.pdf》资料免费2021-11-13 09:36:0113基于单片机的照明控制系统系统设计要点92.2系统的结构92.3系统性能指标与技术要求112.4本章小结12第三章基于单片机的照明控制系统的硬件电路设计133.1主控制器的电路设计133.1.1键盘的接口设计143.1....2021-11-12 20:51:0413关于基于单片机的8层电梯控制系统的设计(proteus仿真+源码+原理图+软件设计流程+硬件清单+视频讲解)关于基于单片机的8层电梯控制系统的设计(proteus仿真+源码+原理图+软件设计流程+硬件清单+视频讲解)2021-11-12 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