1 引言

隨著社會科學(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。隨著我國信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，實現(xiàn)自來水收費管理的電子化、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)為研究對象，它結(jié)合了控制技術(shù)、計算機(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)具體實現(xiàn)水表的自動計量水流量、讀寫TM卡、控制閥門、顯示報警等功能。控制系統(tǒng)電路由低功耗單片機(jī)、流量計、E²PROM存儲電路、TM卡讀寫電路、LCD顯示控制電路、閥門控制檢測電路、電壓檢測電路等組成。結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 智能水表控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

當(dāng)用戶將含有購水量等信息的TM卡插入水表上卡座內(nèi)時，控制閥在電控系統(tǒng)控制下開通供水通道。用戶每用一個計量單位（10升），計量電路便發(fā)出一組計量脈沖序列，該脈沖序列如經(jīng)電控系統(tǒng)判定為有效，即可從已購水量中減去一個計量單位。當(dāng)剩余水量達(dá)到報警值時，液晶漢字顯示“請購水”；當(dāng)水量為零時，控制閥自動關(guān)閉，水路即被切斷，此時用戶須重新持卡購水。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

TM卡水表控制系統(tǒng)由低功耗單片機(jī)、流量計量電路、E²PROM存儲電路、TM卡讀寫電路、LCD顯示控制電路、閥門控制檢測電路、電壓檢測電路、實時時鐘電路等組成。

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)運行速度快、編程靈活、低功耗，自帶4K字節(jié)OTP程序存儲器、128字節(jié)的RAM，32字節(jié)用戶代碼區(qū)可用來存放序列碼及設(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存儲電路

在智能卡水表控制系統(tǒng)中，信息的存儲是非常重要的方面。因此，在本控制系統(tǒng)中，存儲器采用2K容量的串行CMOS E²PROM--CAT24WC02，它是低電壓（1.8～6V）、低功耗、長壽命（一百萬次編程和擦除周期）的器件，采用I²C總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，使用方便。用來存儲總購水量、總用水量、上次購水量、卡號、水表狀態(tài)等信息。接口電路如圖2所示。

圖2 I²C器件接口電路

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)一信號線（總線）和地線完成，所以讀寫電路極簡單。在次不做詳細(xì)闡述。

4、LCD顯示控制電路

LCD驅(qū)動器采用HT1621，它是128點、內(nèi)存映象和多功能的LCD驅(qū)動器，特有的軟件配置特性使它適用于多種LCD應(yīng)用場合，用于連接主控制器和HT1621的管腳只有4或5條。在本設(shè)計中，采用電阻和PNP三極管來控制HT1621的電源，降低功耗，延長LCD的使用壽命。LCD平時處于關(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，LCD開啟并顯示本次購水、已用水量、可用水量、閥門狀態(tài)等信息。

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