论文总字数：21769字

摘 要

传统机械水表只能单一反映用水度数，无法智能读取也越来越难以满足高效的现代生活。为了实现对居民用水的智能读取和计费，为远程抄表和智能IC卡水表设计提供解决方案提出了以下水表模拟系统设计。

本系统采用3144霍尔传感器，将传统机械水表的流量信号转换为脉冲电信号，单片机系统通过对电信号的采集和处理最终将水流流量，水表计费等信息显示于LCD屏上，并通过串口通讯将信息上传到上位机实现远程监测功能。该模拟系统兼具硬件设计部分和软件设计部分，硬件部分包括传感器模块和单片机硬件系统设计，传感器模块设计主要由3144霍尔传感器信号采集和LM393信号处理两部分组成。单片机硬件系统主要由以89C52RC处理芯片为核心，外加LCD显示模块、USB转TTL通讯和下载模块、电源模块和按键等组成。利用Altium设计软件绘制主板电路原理图及印制出PCB板，焊接相应元器件，制作出主板电路。软件设计部分包括单片机软件设计和上位机软件设计两部分，单片机软件设计实现水表信息的实时读取，上位机通过串口通讯对水流信息具有检测功能，为实现远程抄表提供基础。该系统可靠性高，流量精度可达0.01立方米，且采用单片机掉电模式，通过外部中断唤醒单片机，在此模式下单片机功耗低至0.1uA。最终设计传感器与主板通讯良好，主板下载程序后能准确显示流量等信息。

关键词：远程抄表、单片机系统、霍尔传感器、串口通讯、掉电模式

Research and Application on the Intelligence Water System

Abstract

The article is mainly about the foundation of intelligent water meter. Mechanical water meter now is difficult to meet the high performance of modern life for it can only reflect the water consumption. This paper puts forward the following simulation system for meter design to realize intelligent reading and billing,which provides solutions for remote meter reading and the design of water meter which make use of IC card technique.

In the system, 3144 Hall sensor converts the flows of water into a pulse signal which will be collected by the micro controller, after processing of the flow signals,related information will be displayed on the LCD,and uploaded to the PC via serial port communication at the same time.The analog system is composed by hardware design and software design.Hardware part includes the sensor module and micro controller system design which consists of LCD module,USB-TTL download module,power module etc.Software design part consists of micro controller software and PC software design.The system is highly reliable and accurate,using power-down modes makes its power consumption as low as 0.1uA.

KEYWORDS: Remote Water Reading, Micro controller,Hall Sensor, Serial Communication, Power-down Mode

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 项目背景及意义 1

1.2 水表系统现状和发展 1

1.3 本文的主要研究内容 2

1.3.1 模拟水表系统的整体结构设计 3

1.3.2 水表模拟系统的软硬件实现 3

1.3.3 功能检测与实现 3

第2章 总体设计 4

2.1 系统设计总体思路 4

2.2 机械水表参数 5

2.2.1 速度式机械水表原理 5

2.2.2 速度式机械水表参数 6

2.3 总体结构设计 7

2.3.1 传感器结构设计 7

2.3.2 主板结构设计 8

2.4 软件结构设计 8

2.5 设计工具简介 9

2.5.1 Altium Designer 9

2.5.2 Keil uVision4 10

2.5.3 STC-ISP 10

第3章 系统硬件设计与实现 12

3.1 硬件总体设计 12

3.2 STC89C52单片机 13

3.2.1 单片机简介 13

3.2.2 89C52封装说明 13

3.2.3 单片机晶振模块设计 15

3.2.4 单片机复位模块设计 16

3.3 LCD显示模块 17

3.3.1 LCD原理 17

3.3.2 LCD封装与设计 19

3.3.3 汉字库芯片简介 19

3.3.4 LCD显示模块设计 20

3.4 电源模块 21

3.5 按键模块 21

3.6 下载模块 22

3.6.1 原理简介 22

3.6.2 方案选择 22

3.6.3 串口模块设计 23

3.7 传感器模块 24

3.7.1 霍尔传感器原理 24

3.7.2 传感器模块设计 26

3.8 硬件设计图括 27

3.8.1 总原理图 27

3.8.2 封装图 28

3.8.3 PCB图 29

第4章 系统软件设计 30

4.1 单片机软件设计 30

4.1.1 控制系统软件总体构成 30

4.1.2 脉冲计数设计 30

4.1.3 外部中断设计 31

4.1.4 LCD显示设计 32

4.1.5 串口通讯设计 32

4.2 上位机软件设计 33

4.3 实验过程及结论 34

4.3.1 实验过程 34

4.3.2 系统调试 35

4.3.3 实验结论 36

第5章 总结与展望 38

参考文献 39

致谢 40

绪论

项目背景及意义

在经济科技日益发达的今天，不管是居民用水还是工厂用水，都需要用到水表作为用水的计量工具。传统的机械水表虽然性能良好且持久耐用，但随着社会的发展和科技的不断进步，计算机和控制技术的发展预示着智能水表的时代的来临。传统机械旋翼式水表只能单一反映用水度数，不能智能读取，越来越难满足高效的现代生活需求。为保证居民用水的需要，节能实用型智能水表的研制已成为当前仪表行业的热点之一。目前，我国是世界人均水资源非常贫乏的一个国家，为保护和节约水资源主要有以下两种措施：第一是应用新的节水技术，二是推进用水的管理科学，而要想有新的节水技术以及实现用水的科学管理，研制一种计量精确，性能可靠的模拟水表系统是非常有必要的。

到目前国内智能水表的开发基本都是参考借鉴国外的技术，因为国外水表研发早技术水平也已经达到一个较高的层次。比如ABB的一款水表KENT，具备按键度数，采用电池充电，还可以进行电话通信等功能。而日本以及其他一些国家也逐渐推出自己的二代产品。在国内，虽然一些企业对多种新智能水表做过对比和研发，但是在可靠性和功耗等方面的研究还没有深入，因此对新型水表的研发和生产还有待更进一步。

水表系统现状和发展

当前，智能水表的应用主要为解决收费效率，电能耗费以及成本维护等方面问题。日常生活中应用较多的智能水表主要有脉冲发讯集中收式水表、IC卡预付费表。而远传技术的应用也将是智能水表未来发展的一个重要方向。下面讨论以上几种智能水表的工作原理以及在应用中的优缺点。

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