学校淋浴用水计费系统的设计与实现.docx

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1、页边距：左右3.25,上下4.35页眉加入“本科”二字小五，段前段后0,单倍行距题头前面空二行学校公共浴室是人流密集，交叉传播细菌、病毒的地方。学生利用RFID卡进行无接触操作淋浴器可以有效的避免接触水龙头部分。而且集成接入学校学生管理系统可以提高管理效率。目前常用的淋浴控制器没有W1F1功能，功能过于简单。只能起到开关淋浴器作用，而不能和学校的学生信息管理系统联网。所以本设计学校浴室淋浴器用水计费系统必须具备识别和读取RFID卡功能，且能够控制淋浴器的开关。读卡后实时测量水流量，通过网络传送到上位机后扣除卡中金额。上位机软件功能实现管理学生信息、检索淋浴器状态的功能。本文以意法半导体的STM

2、32F401R-CT6系列单片机为控制芯片，以软件同步采样为基础，介绍一种多功能淋浴控制器的设计方案。本设计首先掌握软件流量采样的基本原理、流量测量算法、软件同步采样和参数的计算方法，然后从硬件和软件两方面详细介绍方案的设计要点，重点讨论提高测量准确度和稳定性的方法。其次介绍上位机软件功能模块和界面。最后介绍系统调试，并对调试过程中遇到的问题进行分析和改进。实践表明本设计具有很高的测量准确度和实时性、功能齐全、方案扩展性好，具有广阔的应用前景和实用价值。关键词：RFID；淋浴控制器；计费管理AbstractSchoo1pub1icbathroomsarecrowdedwithpeop1eand

3、crossspreadbacteriaandviruses.TheuseofstudentICcardforcontact1essoperationofshowercaneffective1yavoidtouchingthefaucet.Andintegratedaccesstotheschoo1studentmanagementsystemcanimprovethemanagementefficiency.Atpresent,thecommon1yusedshowercontro11erhasnoWiFifunctionanditsfunctionistoosimp1e.Canon1yp1a

4、ythero1eofswitchrain.Itcannotbeconnectedwiththeschoo1sstudentinformationmanagementsystem.Therefore,thedesignofschoo1bathroomshowerwaterbi11ingsystemmusthavethefo11owingfunctions:1.Showercontro11ertoidentifyRFIDcardinformation(studentnumber,cardba1ance).FirstcontactRFIDcard,turnontheshowerswitchandtu

5、rnontheshower.InthesecondcontactwithRFIDcard,turnofftheshowerswitchandturnofftheshower;eachshowerhasitsowninherentIDnumber,hasWiFiinterface,andisautomatica11yconnectedtoWiFinetwork;afterreadingtheinformationofRFIDcard,theshowercanmeasurethewaterf1owinrea1time.AftercontactingRFIDcardforthesecondtime,

6、thewaterconsumptionoftheshowerisaccumu1atedandca1cu1ated,andthecostofthisshowerisca1cu1atedaccordingtothewaterunitpricesetintheschoo1managementsystem.TheamountinRFIDcardisdeducted;theshowerhas1CDgreenscreencharacterdisp1ay:currentuser,sstudentnumber,RFIDcardba1ance;batteryvo1tagedetection,ca1cu1atet

7、hebatterypower.Ifthebatterypoweris1essthanthe1imitva1ueofthea1armva1ve,thephotoe1ectrica1armwi11besentandthea1arminformationwi11besenttotheschoo1managementsystemthroughthenetwork;Statisticsofoneormoreshowerinamonth,aweek,adayofwaterf1ow;input,query,modifytheRFIDcardinformation;statistics,querytheuse

8、ofshowerdata;inthispaper,stm32f401rct6seriesmicrocontro11erofIta1ysemiconductorasthecontro1chip,basedonsoftwaresynchronoussamp1ing,introducesadesignschemeofmu1ti-functiona1showercontro11er.Thispaperfirstana1yzesthebasicprincip1eofsoftwaref1owsamp1ing,f1owmeasurementa1gorithm,softwaresynchronoussamp1

9、ingandparameterca1cu1ationmethod,andthenintroducesthedesignpointsoftheschemefrombothhardwareandsoftwareaspects,andfocusesonthemethodstoimprovetheaccuracyandstabi1ityofmeasurement.Second1y,thispaperintroducesthefunctionmodu1eandinterfaceoftheuppercomputersoftware.Fina11y,theprocessofmakinganddebuggin

10、gtheschemeisintroduced,andtheprob1emsencounteredinthedebuggingprocessareana1yzedandimproved.Thepracticeshowsthatthedesignhashighmeasurementaccuracyandrea1-timeperformance,comp1etefunctions,goodexpansibi1ity,andhasbroadapp1icationprospectsandpractica1va1ue.Keywords：RFCircuitContro11erforShowerCompute

11、rApp摘要AbstractII第1章绪论11.1 本文背景11.2 目的和意义21.3 国内外研究现状错误!未定义书签。1.4 研究的主要内容错误!未定义书签。第2章系统方案设计错误!未定义书签。2.1 设计需求错误!未定义书签。2.2 方案选择52.21 芯片选择52.22 显示屏选择62.23 RFID射频卡选择62.3上位机设计方案7本章小结8第3章系统硬件设计93.1 核心模块设计93.2 RFID卡模块设计103.3 信号输入模块设计113.4 按键及驱动模块设计123.5 显示模块设计133.6 结13第4章系统软件设计144.1 程序架构144.2 水费计算程序设计144.3

12、流量计算程序设计184.4 节19第5章系统的调试225.1 调试的目的225.2 调试的方法225.3 调试的过程255.4 调试的结果29结论31致谢32附录1译文35附录2英文参考资料36附录3硬件原理图38第1章绪论1.1 课题背景首先，学校淋浴系统大多采用锅炉烧水。每天计划烧多少热水就烧多少热水。但是每天来洗浴的学生数量是变化的、不确定的。这样就造成实际供应热水量和来淋浴的学生实际需要热水量的不对等的矛盾。来淋浴的学生多了，计划烧的热水就不够。来淋浴的学生少了，计划烧好的热水过量就浪费。烧锅炉的环节和淋浴用户没有办法很好地衔接。其次，市面上淋浴控制器大多采用手动控制或电子电路控制。而

13、且市面上淋浴控制器功能单一且低端。市面上淋浴控制器没有读取学生的RFID卡信息的功能。只能专人负责记录淋浴学生的消费。这样造成人工计费成本高，而且容易出错的问题。本设计以学校淋浴设施优化改进为例进行研究。设计学校淋浴用水自动计费系统。一方面淋浴控制器可以根据学生使用情况自动开关热水。节能环保、避免浪费。另一方面学校使用上位机软件可以实时监控淋浴使用情况，自动计费。降低管理成本。学校使用上位机软件还可以监控锅炉烧热水的状态，调节水温。在来淋浴学生人数多的时候，给锅炉添加热水。在来淋浴学生人数少的时候，停止给锅炉加水。避免浪费电能和水。随着计算机技术、数字网络技术以及单片机技术的发展，越来越多的单

14、片机技术被应用到到一些工业控制系统中，如温度，流量，压力等参数进行计算和检测控制。PC具有强大的控制和管理功能，而单片机也具有快速灵活的控制特点，当二者结合开发使用，衍生出许多新的技术。如分布式控制、分布式计算、边缘计算等。这些新技术具有非常重要的意义。1.2 目的和意义高校都有为学生准备的宿舍，而每到夜晚的洗澡高峰期，总是会出现某一处同一时间洗澡人数过多,但另一处的公共浴室空位现象，导致排队效率较低，或是锅炉房当日所烧热水量供大于求而导致资源利用不当，抑或是使用沐浴露或洗发水时不关闭淋浴喷头，浪费水资源的情况。因此，当前的主要存在下列局限性。1 .无法将公共浴室淋浴资源利用最大化。2 .无法

15、准确控制当日所需的热水量造成资源使用不当。3 .没有适当的方法在淋浴时对淋浴喷头出水量或温度进行调控。因此,本文针对上述局限性提出了以下三点改进措施。1 .本设计的淋浴系统于淋浴处终端获取信息,在客户端对用户进行调控，提高淋浴资源利用效率。2 .本设计新型淋浴系统于客户端整合当日预约淋浴人数信息，确定当天所需热水量,减少不必要的资源浪费。3 .本设计新型淋浴系统融合淋浴控制终端管理，锅炉热水加热管理于一套上位机管理系统提高管理效率，避免水温过高，过度烧热水的情况。在淋浴室管理方面最具有领先地位的基本上是日本，日本的淋浴室在智能化水平，精细化程度上都有很多值得我国借鉴和学习的地方，日本淋浴室的温

16、度调控自动化水平高，浴室不仅限于干湿分离，而且实现了“四式分离”，非常具有领先性，但是日本虽然是一个资源匮乏的国家，但是水资源却相对丰富,因此在淋浴室计费系统方面少有成果。随着我国大学扩招、扩建。普及大专院校教育。大专院校的学生数量急剧增长。学校公共服务设施的压力也急剧增加。近年来,随着高校以及一些单位企业规模不断扩大,其学生宿舍的规模也越见越大,这势必带来学校浴室在高峰期供不应求以及人数上分布不平均的状况,这一现象使得一部分资源闲置而另一部分资源则是供不应求的状态,这不仅不利于节能减排、绿色环保，也给浴室的供水供热系统带来了很大压力。因此,本文以学校淋浴设施优化改进为例进行研究。设计学校淋浴用水自动计费系统。一方面淋浴控制器可以根据学生使用情况自动开关热