智能水表显示系统的设计与实现.docx

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1、摘要本文对水流量监控控制理论和测量方面进行理论和实验研究，根据监控的水流量作出自动控制设计方窠，并且着重介绍了软硬件两个方面的实现过程，并对过程中遇到的问题提出自己的解决方案。该方案采用单片机STC89C52为控制核心，以模块化的思想设计了水流量监控控制系统的硬件电路，并系统的要求设计了电源电路、温度采集电路、水流量监控电路、显示电路和控制电路，整个设计中尽量采用集成芯片单元，从而简化电路，缩小尺寸。有水流量传感器、单片机和温度传感器。软件方面通过对单片机的编程，根据采集量作出相应的算法转换并进行显示，并且将采集量和预设量进行对比，做出相应的自动控制。关键词：智能水表；水流量传感器；单片机；温

2、度传感器AbstractInthispaper,thetheoryandexperimentofwaterf1owmonitoringandcontro1arestudied,andtheautomaticcontro1designschemeismadeaccordingtothemonitoredwaterf1ow.Andemphatica11yintroducedthehardwareandsoftwaretwoaspectsrea1izationprocess.Andtheprob1emsencounteredintheprocessoftheirownso1utions.Asing1

3、e-chipSTC89C52isusedasthecontro1core,andthehardwarecircuitofthewaterf1owmonitoringandcontro1systemisdesignedwiththeideaofmodu1arization.Therequirementsofthesystemdesignthepowersupp1ycircuit,temperatureacquisitioncircuit,waterf1owmonitoringcircuit,disp1aycircuitandcontro1circuit.theintegratedchipunit

4、isusedasfaraspossib1einthewho1edesign,thussimp1ifyingthecircuitandreducingthesize.Inconsiderationofthesoftware,thesing1echipmicrocomputerisprogrammed,theachieveddataisconvertedandshowedaccordingtotheacquisitionquantity,andtheacquisitionquantityandthepresetquantityarecomparedtomakeautomaticcontro1.Ke

5、ywords：Inte11igentwatermeterWaterf1owsensorSing1echipmicrocomputerTemperaturesensor1iquid摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题背景11.2 目的和意义11.3 研究现状21.3.1 国外水表系统发展概况21.3.2 国内水表系统发展概况21.4 主要研究内容2第2章系统方案选择42.1 系统的设计要求42.2 总体方案设计42.2.1 电源的选用42.2.2 单片机的主要参数52.2.3 液晶的选型52.2.4 温度传感器和水流量的选择6本章小结7第3章水流量监控控制系统的硬件设计83.1 最

6、小系统设计83.1.1 STC89C52具体介绍83.1.2 STC89C52最小系统及硬件连接93.2 单片机93.2.1 单片机介绍93.2.2 单片机分类103.2.3 单片机基本结构103.3 水流量传感器模块设计113.3.1 椭圆齿轮水流量传感器工作原理I13.3.2 水流量传感器硬件连接123.4 温度传感器模块设计133.4.1 温度传感器选型133.4.2 温度传感器和单片机硬件的连接143.5 液晶显示模块设计153.5.1 液晶原理153.5.2 液晶选型及工作原理介绍153.5.3 1CD1602引脚定义和功能163.5.5 液晶部分电路163.6 按键模块设计173.

7、6.1 按键模块和工作原理介绍173.6.2 电路搭建和介绍183.7 报警模块设计193.7.1 报警电路原理193.7.2 继电器原理及主要参数203.6.3报警方式介绍和部分电路20本章小结22第4章软件系统程序设计234.1 总体功能程序设计234.2 水流量传感器程序驱动244.3 DS18B20程序驱动设计264.4 报警程序设计284.5 1CD1602程序驱动设计294.6 结30第5章系统测试315.1 测试要求315.2 测试环境315.3 测试过程315.3.1 测试方法315.3.2 测试主要部分325.4 测试结果及分析325.5 结33结论34致谢35参考文献36附

8、录1译文37附录2英文参考资料38附录3硬件原理图40第1章绪论1.1 课题背景近年来，抄表系统发展迅速，尤其在国外，在这一方面起步较早，比骄傲早的研究集中抄表技术，研究相对来说比较深入，从最底层的芯片到设计开发和生产制程的工艺，对比来说发展都相对成熟，在集中抄表发面，各种各样的技术通过发展得到很好的应用，并且在远程抄表技术方面，发达国家也有基本上的实现。有好多水务方面的大公司都很适合这样的抄表系统。水表的各个单元实现分立操作，各个模块互不影响，也就是说水表的数据采集，数据处理，数据存储这些工作都是有水表来完成。那么数据时怎么给上位机呢，这就涉及到书传输层面，也就是数据通讯。这样看来数据的采集

9、和通讯是互相独立的，数据的通讯故障不会影响底层数据的采集，只需要重新检查通讯总线是否连接正常。而底层数据的故障也不会影响上位机的通讯。这样看来，使得在使用上更加的稳定、可靠，更加的安全，维护成本上来说更加的合适。随着行业的发展和企业的努力，关于水表的各个方面都得到了迅速的飞跃,发展规则的限制，有发展就会有问题，这是行业前进的过程。我们看到的是，中国社会生产正在不断的进步当中，这样的进步也带来了水表行业的发展，使得这种智能化成为现在工业发展中必不可少的一个环节。由于中国社会的经济快速发展，科技的落后会被日益前进和发展的社会形态所淘汰，要想适应这个社会，只有不断进步，只有先进的科技才能刺激和适应更

10、新的社会发展，关于只能水表的研究日益更新，单片机控制的智能水表研究迅猛，在相关方面做出了很大的贡献。与世界相比，人均水资源相对稀缺。目前，中国是节约和保护水资源的一项非常重要的战略措施1.2 目的和意义中国社会的经济快速发展，落后的科技已经不能适应时代的发展，这个时代发展的必然趋势，只有科技不断进步，才能推动社会和时代的跨越发展，所以基于单片机智能水表的研究也推上了一个重要的高度。本文就是鉴于此现状,通过对水流量的监控和显示，与预先设定目标状态作比较，以达到报警和动作的智能控制系统，对智能流量监控进行原理上的验证和实现。1.3 研究现状1.3.1 国外水表系统发展概况国外在抄表技术方面，相对来

11、说技术更加的成熟和稳定，不管是从底层芯片的设计到成品生产工艺的制程，相对来说都比较成熟，相对广泛的应用各个抄表系统，发达国家在远程抄表方面也有很好的应用。有好多公司出厂了从采集到处理整个过程整合的芯片。水表的各个单元实现分立操作，各个模块互不影响，也就是说水表的数据采集，数据处理，数据存储这些工作都是有水表来完成。那么数据时怎么给上位机呢，这就涉及到书传输层面，也就是数据通讯。这样看来数据的采集和通讯是互相独立的，数据的通讯故障不会影响底层数据的采集，只需要重新检查通讯总线是否连接正常。而底层数据的故障也不会影响上位机的通讯。这样看来，使得在使用上更加的稳定、可靠，更加的安全，维护成本上来说更

12、加的合适。132国内水表系统发展概况目前.，国内外水表的技术和工艺不断更新，逐步向以下几个方面发展远程户外阅读与电脑物业管理相结合。集中抄表系统、远程水表和二次表配套水片（智能卡型）中国目前的水自来水公司欢3.专用水表的表未来发展空间非常广泛。2.主要的产品有集成电路卡，TM水表和码型水表。这种水表的管理系统是适用于“先付后用1费很难，许多地区和城市都有很多水费单，为了改变这种情况,迎水表的这种结构，所以有几十家国内企业在试生产这种水表。发展，如热量表（或热量表）、污水表、大流量表（1米以上）的使用也是国内外水表的发展趋势。热量表是对热水表的升级，用热量表代替热水表更科学、更合理。现在工业发达

13、国家正在大规模生产。1.4 主要研究内容系统组成STC89C52单片机电路，水流传感器OFZAT-06,DS18B20温度电路，继电器电路，1CDI602液晶显示电路，按键电路，蜂鸣器电路，电源电路组成。系统功能1 .水流传感器采用椭圆齿轮传感器。2 .实时显示瞬时流量和累积流量，实时温度，设置累积流量通过液晶1CD1602液晶。3 .通过按键设置累积流量阈值，若累积流量超过设定阈值，则蜂鸣器报警，继电器断开，否则无报警继电器闭合。4 .继电器模拟水阀开关，若电流累积流量低于设定流量，开启继电器模拟开水阀。5 .用手机控制水表。通过移动接口监测瞬时流量，总流量和水温，并设置报警阈值。第2章系统

14、方案选择本章主要从系统功能要求触发，对系统功能实现从整体上进行分析，包括系统可靠性，可行成本、开发平台等方面上的考虑。从系统各个模块着手，对比相关参数，作出相应的选型。2.1 系统的设计要求系统主要设计参数要求1 .水流传感器采用椭圆齿轮传感器。2 .实时显示瞬时流量和累积流量，实时温度，设置累积流量通过液晶1CD1602液晶。3 .通过手机设置累积流量阈值，若总流量超过设定阈值，则蜂鸣器报警，断开继电器，否则没有报警，闭合继电器。4 .继电器模拟水阀开关，如果当前累计流量低于设置值，打开继电器模拟开启水阀。2.2 总体方案设计根据设计要求，本方案的单片机选取STC89C52,水流量传感器的输

15、出信号接到外部中断的引脚，通过输出信号产生的下降沿触发外部中断的发生，达到测量水流量传感器输出频率的目的，从而测算水流量实时流量；并且通过内部处理将测量的参数显示到液晶1CD1602上，液晶数据驱动引脚连接到单片机的Po端；温度测量选取的是DS18B20,通过单片机I/O口直接读写，获取实时温度值并显示到液晶。在单片机内部算法中设置水流量报警值，这个报警值可以通过按键调节设置，并通过液晶显示，达到实时测量和自动控制的目的。2.2.1 电源的选用本系统选用基于单片机的控制，单片机驱动电压选用5VDC,因此选用一个1DO稳压作为单片机的供电电压，因为电源的稳定程度直接影响单片机的稳定，而1Do的电压纹波较小，可以增加单片机的运行可靠性；再有整个系统的电流上的考虑，决定选用1DoASMI117-5。工业上来说，一般外部输入电压为24VDC,对于1Dc）来说从24VDC直接降到5VDC,电压跨度大，在负载电流大的情况下可能会引起1DO的发热严重,所以必须选用一个开关型DC-DC,先将24VDC降压，再经过1De）二次降压到5VDCo2.2.2 单片机的主要参数考虑整个系统的要求，单片机的