1 引言

　　隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，資源短缺現(xiàn)象日益嚴(yán)重，尤其是與人類生存息息相關(guān)的水資源。隨著我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自來(lái)水收費(fèi)管理的電子化、信息化及網(wǎng)絡(luò)化已成為可能。水表系統(tǒng)的智能化可以大大提高供水管理部門的工作效率，節(jié)約費(fèi)用，用以改善供水設(shè)施，提高居民飲用水質(zhì)量。本文以一種智能卡式水表控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，它結(jié)合了控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多方面技術(shù)，是一種跨專業(yè)的電子信息化系統(tǒng)。

2 智能水表控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　智能水表控制系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)水表的自動(dòng)計(jì)量水流量、讀寫tm卡、控制閥門、顯示報(bào)警等功能�？刂葡到y(tǒng)電路由低功耗單片機(jī)、流量計(jì)、e2prom存儲(chǔ)電路、tm卡讀寫電路、lcd顯示控制電路、閥門控制檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路等組成。

　　當(dāng)用戶將含有購(gòu)水量等信息的tm卡插入水表上卡座內(nèi)時(shí)，控制閥在電控系統(tǒng)控制下開通供水通道。用戶每用一個(gè)計(jì)量單位（10升），計(jì)量電路便發(fā)出一組計(jì)量脈沖序列，該脈沖序列如經(jīng)電控系統(tǒng)判定為有效，即可從已購(gòu)水量中減去一個(gè)計(jì)量單位。當(dāng)剩余水量達(dá)到報(bào)警值時(shí)，液晶漢字顯示“請(qǐng)購(gòu)水”；當(dāng)水量為零時(shí)，控制閥自動(dòng)關(guān)閉，水路即被切斷，此時(shí)用戶須重新持卡購(gòu)水。在正常情況下，控制閥處于接通狀態(tài)，只有當(dāng)特殊事件發(fā)生時(shí)控制閥才從接通狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)。

3 智能水表控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　tm卡水表控制系統(tǒng)由低功耗單片機(jī)、流量計(jì)量電路、e2prom存儲(chǔ)電路、tm卡讀寫電路、lcd顯示控制電路、閥門控制檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路等組成。

1、單片機(jī)

　　作為tm卡水表控制系統(tǒng)核心部件的微控制器采用philips 51lpc系列中的p87lpc764單片機(jī)。這種單片機(jī)運(yùn)行速度快、編程靈活、低功耗，自帶4k字節(jié)otp程序存儲(chǔ)器、128字節(jié)的ram，32字節(jié)用戶代碼區(qū)可用來(lái)存放序列碼及設(shè)置參數(shù)，并且具有豐富的i/o功能和較強(qiáng)的中斷能力，能夠很好地滿足tm卡水表控制系統(tǒng)高集成度、低成本、低功耗的要求。

2、e2prom存儲(chǔ)電路

　　在智能卡水表控制系統(tǒng)中，信息的存儲(chǔ)是非常重要的方面。因此，在本控制系統(tǒng)中，存儲(chǔ)器采用2k容量的串行cmos e2prom--cat24wc02，它是低電壓（1.8～6v）、低功耗、長(zhǎng)壽命（一百萬(wàn)次編程和擦除周期）的器件，采用i2c總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，使用方便。用來(lái)存儲(chǔ)總購(gòu)水量、總用水量、上次購(gòu)水量、卡號(hào)、水表狀態(tài)等信息。

3、tm卡讀寫電路

　　信息的載體--tm卡，采用單總線協(xié)議通訊，所有的讀寫操作均經(jīng)一信號(hào)線（總線）和地線完成，所以讀寫電路極簡(jiǎn)單。在次不做詳細(xì)闡述。

4、lcd顯示控制電路

　　lcd驅(qū)動(dòng)器采用ht1621，它是128點(diǎn)、內(nèi)存映象和多功能的lcd驅(qū)動(dòng)器，特有的軟件配置特性使它適用于多種lcd應(yīng)用場(chǎng)合，用于連接主控制器和ht1621的管腳只有4或5條。在本設(shè)計(jì)中，采用電阻和pnp三極管來(lái)控制ht1621的電源，降低功耗，延長(zhǎng)lcd的使用壽命。lcd平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)有tm卡插入、并確認(rèn)有效卡或有其它狀況時(shí)，lcd開啟并顯示本次購(gòu)水、已用水量、可用水量、閥門狀態(tài)等信息。

5、水量計(jì)量電路

　　水表的基表采用符合iso4064b標(biāo)準(zhǔn)的單流旋翼式冷水水表，技術(shù)參數(shù)如表1所示。該表計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)與測(cè)量機(jī)構(gòu)經(jīng)磁耦合傳動(dòng)，采用干簧管水量計(jì)量發(fā)訊，每流經(jīng)10升水時(shí)產(chǎn)生一脈沖；表內(nèi)設(shè)有磁保護(hù)裝置，具有較強(qiáng)的抗外磁干擾能力。水量計(jì)量脈沖通過(guò)由電容和電阻組成的防抖電路輸入單片機(jī)，每輸入一個(gè)脈沖，在存儲(chǔ)器中減去相應(yīng)水量。

6、閥門控制檢測(cè)電路

　　閥門控制是水表控制系統(tǒng)中一個(gè)很敏感部分，關(guān)啟閥門的可靠性差，將會(huì)給供水部門帶來(lái)很大的問(wèn)題。因此，我們自行設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)巧妙、關(guān)閉可靠、dc2.6-3.6v控制的電動(dòng)陶瓷閥門，有效地解決閥門關(guān)閉不可靠問(wèn)題。如圖3所示為電動(dòng)閥門的正反控制電路，當(dāng)正向端輸入高電平，反向端輸入低電平時(shí)，閥門開啟；反之，閥門閉合。當(dāng)單片機(jī)p1.6口輸入低電平、p1.7口輸入高電平時(shí)，三極管q3、q5、q6導(dǎo)通，q2、q4、q7截止，故正向端（on）輸出高電平，反向端（off）輸出低電平，開啟閥門，開啟到位時(shí)，由單片機(jī)p1.5口輸入檢測(cè)信號(hào)，動(dòng)作停止；反之，三極管q2、q4、q7導(dǎo)通，q3、q5、q6截止，正向端輸出低電平，反向端輸出高電平，關(guān)閉閥門，同樣由單片機(jī)p1.6口輸入關(guān)閉到位檢測(cè)信號(hào)。

7、電源電壓檢測(cè)電路

　　為提高水表運(yùn)行的可靠性和安全性，采用分級(jí)電源電壓實(shí)時(shí)檢測(cè)，電壓實(shí)時(shí)檢測(cè)芯片采用rh5vl28和rh5vl30。當(dāng)電源電壓正常時(shí)，芯片的vout腳為高電平；當(dāng)電源電壓小于3.0v時(shí)，rh5vl30的vout腳輸出低電平，單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)后，控制液晶顯示模塊顯示欠壓，并關(guān)閥警告，提示用戶更換電池；當(dāng)電源電壓小于2.8v時(shí)，rh5vl28的vout腳輸出低電平，單片機(jī)檢測(cè)到該信號(hào)后，徹底關(guān)閥，直到用戶更換完電池。

8、電源及實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路

　　單片機(jī)系統(tǒng)功耗的高低往往和電源電壓的大小成正比，因此在以電池供