智能水表的设计与实现
基于北斗导航的智能供水管理系统设计与应用
基于北斗导航的智能供水管理系统设计与应用目录1.内容概要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.1 研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2 研究内容与目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.3 研究方法与技术路线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.北斗导航系统概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.1 北斗导航系统简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.2 北斗导航系统特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.3 北斗导航系统在智能供水中的应用潜力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83.智能供水管理系统架构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．93.1 系统总体架构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.2 系统功能模块划分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123.3 系统数据流设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．144.基于北斗导航的智能供水管理硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．154.1 硬件设备选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.2 硬件设备布局与连接．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．174.3 硬件设备通信接口设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．195.基于北斗导航的智能供水管理软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．205.1 软件功能需求分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．215.2 软件系统架构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．235.3 软件界面设计与操作流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．256.系统实现与测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．266.1 系统实现过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．276.2 系统功能测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．296.3 系统性能测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．307.应用案例分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．317.1 案例背景介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．317.2 系统应用过程描述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．327.3 案例应用效果评估．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．338.结论与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．348.1 研究成果总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．358.2 存在问题与改进措施．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．368.3 未来发展趋势预测．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．381. 内容概要本文档旨在介绍基于北斗导航技术在智能供水管理系统中的应用。
智能水表项目计划书
智能水表项目计划书一、项目背景随着人们对环境保护的重视以及对节能减排的要求越来越高，水资源的合理利用显得尤为重要。
然而，传统的水表无法提供实时数据监测以及用户用水行为的分析，难以帮助用户节约用水。
因此，我们计划开展智能水表项目，通过引入先进的物联网技术，将传统水表升级为智能水表，实现对用户用水量的实时监测和管理，促进节水意识的提升。
二、项目目标1.开发智能水表系统，能够实时监测用户用水量，并通过数据分析提供用水习惯的优化建议；2.提供可视化的用户界面，用户可以随时查看自己的用水情况和历史数据；3.通过智能水表系统，帮助用户提高节约用水意识，达到节约用水、减少浪费用水的目的；4.降低水资源的浪费程度，提高水资源的利用率。
三、项目内容1.设计智能水表硬件系统，包括水表传感器、通信模块等；2.开发智能水表软件系统，实现用户用水数据的实时监测、上传和存储；3.搭建云平台，实现用户用水数据的分析和处理，提供个性化用水建议；4.设计用户界面，开发APP或网页端，提供用户用水数据的可视化展示；5.完善智能水表的功能，增加如异常流量检测、漏水报警等功能。
四、项目实施计划1.需求分析和项目设计：1个月；2.智能水表硬件系统的设计与制造：2个月；3.智能水表软件系统的开发：3个月；4.云平台的搭建和用户数据处理算法的设计：2个月；5.用户界面的设计与开发：2个月；6.功能完善和测试：1个月；7.上线运营和推广：1个月。
五、项目预算1.硬件开发成本：50万元；2.软件开发成本：30万元；3.云平台搭建和数据处理算法成本：20万元；4.用户界面开发成本：10万元；5.功能完善和测试成本：10万元；6.上线运营和推广成本：20万元。
项目总预算：140万元。
六、项目风险分析1.技术风险：由于智能水表是比较新颖的技术，可能会在系统设计和开发过程中遇到技术难题；2.市场风险：智能水表市场竞争激烈，需提供更具吸引力的功能和服务；3.数据安全风险：用户用水数据涉及隐私，需要建立完善的安全保护机制。
无线远传水表及远程抄表(阀控)完整解决方案(1)
无线远传智能水表及远程抄表完整解决方案目录一、引言 (1)1、概述 (1)2、术语 (2)二、无线远传智能水表及远程抄表系统解决方案 (2)1、无线智能水表抄表及抄表方案介绍 (2)2、无线抄表方式 (3)3、系统方案的硬件组成及产品描述 (4)4、后台远程抄表系统 (6)5、后台远程抄表系统的主要功能 (7)6、远传水表系统与自来水公司其他MIS系统的接口 (8)三、无线水表远程抄表的实施 (8)1、项目背景 (8)2、无线远传智能水表及远程抄表的实施 (9)一、引言1、概述从20世纪90年代开始，各种智能型水表、水表抄表系统等产品也开始兴起，尽管目前国内的水表种类形式多种多样，但是从发展角度来看,无线远传智能水表是一种必然的趋势，可以节省人力、物力、财力成本，提高抄表的准确度，更可以实现阶梯化收费，有效的利用有限的水资源。
目前我国很多地方采用将水表安装在用户室内，每月水表入户抄表收费给用户带来很多麻烦,给抄表人员带来烦恼,造成很多不必要麻烦。
为了有效解决入户抄表收费存在的诸多弊端，提高效率,杜绝拖欠费用。
因此耗能表户外计量呼声越来越高，尤其对高层、豪华居住小区，耗能表户外计量是非常必要的,传统抄表方式已经不能适应今后住宅的发展要求。
2、术语1）无线传输免费抄表频段：470.00MHz-510MHz；2）LORA直序扩频技术:是高安全性、抗干扰的一种无线序列型号传输方式;利用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。
3）无线远传智能水表：以干式或湿式水表为计量基表，加装具有远传发讯输出计量数据的自来水计量装置，接收无线抄表主设备（如:无线集中器或抄表机）的抄表指令发射数据.4）点对点或一点对多点的自动集中抄表：主设备(无线手抄器或无线集中器)不经过任何中间节点发送抄表指令给无线水表进行数据抄取、设置的抄表方式.二、无线远传智能水表及远程抄表系统解决方案1、无线智能水表抄表及抄表方案介绍无线远传智能水表采用低频窄带（频段:470MHz—510MHz）的微功率无线通信技术，利用目前最稳定可靠的直扩频技术,保证水表的通信距离一致性；水表数据经过无线集中器采集后利用现在成熟的GPRS／CDMA/3G/4G公网无线通信传输到后台抄表系统，成本便宜，通信稳定，技术成熟。
nb水表参数
nb水表参数NB水表参数详解一、NB水表概述NB水表是一种基于NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）技术的智能水表，它通过无线网络连接，实现对水表的远程监控和管理。
NB水表具有精准度高、节能环保、安全可靠等特点，被广泛应用于居民小区、工业园区、商业建筑等各个领域。
二、NB水表参数分析1. 通信方式NB水表采用NB-IoT通信方式，利用蜂窝通信技术将数据传输到云平台，实现与用户的远程通信和数据交互。
2. 采集精度NB水表具有高精度的数据采集功能，能够准确测量水表读数，并实时上传到云平台。
其采集精度通常在0.01m³以下，能够满足用户对水量数据的精确管理需求。
3. 测量范围NB水表的测量范围通常在0.5m³/h至10m³/h之间，可以满足不同场景下的用水需求。
同时，NB水表还可以根据用户的实际需求进行定制，提供更大或更小的测量范围。
4. 防止逆流功能NB水表具备防止逆流功能，能够准确判断水流的方向，防止非法倒流。
这一功能可以有效避免用户因为水源问题或其他原因导致的水量计算错误，保障水量计算的准确性和公正性。
5. 漏水检测NB水表支持漏水检测功能，能够实时监测水表周围的水压和水流情况，一旦发现异常情况，及时报警并通知用户，帮助用户及时发现和解决水表漏水问题，避免浪费水资源和用户财产损失。
6. 长寿命电池NB水表采用低功耗设计，配备高容量电池，能够实现长时间的使用。
智能的电池管理系统可根据实际使用情况进行电池寿命预测和自动更换电池，确保水表长期稳定运行。
7. 数据存储和传输安全性NB水表具备数据存储和传输的安全性，采用加密传输技术，确保数据的机密性和完整性。
同时，NB水表还具备远程固件升级功能，可以及时更新安全补丁和升级功能，提高系统的稳定性和安全性。
8. 远程管理和实时监控NB水表通过云平台，实现对水表的远程管理和实时监控。
用户可以通过手机APP或电脑端软件，随时查看水表读数、水量统计、用水趋势等信息，方便进行用水管理和费用核算。
智能水表的施工组织设计
施工组织设计智能水表改造工程第一节编制依据1、对现场勘踏、了解所收集到的关于本工程的相关工程资料。
2、本施工工程所必须达到现行中华人民共和国的工程建设标准及规范。
（1）《智能水表技术规程》 CJJ 28-2004 （2）《城镇供水管网工程施工及验收规范》 CJJ 28-2004 （3）《测量规程》 GBJ50026-93（4）《建筑工程施工质量验收统一标准》 GB50300-2001 （5）《建设工程文件归档整理规范》 GB/T50382-2001 （6）《建筑施工工程安全技术规程》国务院（7）《建筑工程施工现场管理规定》建设部15号令（8）《建筑机械使用安全技术规定》 JGB33-86（9）《建筑安全监督管理规定》建设部13号令3、北京嘉洁能科技有限公司《企业及质量管理手册》、《工程施工作业指导书》、《工程施工工艺标准》、《安全生产手册》等企业标准。
4、北京嘉洁能科技有限公司现有的施工设备、技术装备、人力资源、安全保障体系以及公司多年来所完成同类优质工程所积累的完善的、成熟的工程实施经验。
第二节工程概况一、工程简介工程名称：2013年建设项目建设单位：公司工程地点：西宁市工程内容：对栋既有居住住宅楼，总计户住户实施供智能水表改造二、工程特点1、本工程需改造的楼宇多，住户多，智能布线工作量大。
2、本工程在西宁市住宅区内施工，所以必须做到文明、安全施工，因此在施工作业中必须做好安全防护、公共设施及环境保护以及施工作业噪音与灰粉尘的有效控制。
3、本工程为民生工程，必须按时保质保量的完成。
第三节工程现场组织管理机构一、项目管理组织机构根据工程的特点，我方将委派施工经验丰富且在同类工程中担任过负责人的为本工程的项目经理，并从我公司抽调工程管理能力强，责任心强、安全意识高、技术能力过硬、具备同类工程施工经验的骨干管理人员组成本工程的项目管理部，管理部由技术部、质量管理部、材料部、安全生产部组成。
各部门责任明确，认证负责，健全和实现岗位责任制。
积少成多如何设计智能燃气表和水表实现能源效率最大化
对于需要RF连接的嵌入式控制系统来说，电子水表和燃气表可以作为最具挑战性低功耗设计的典型代表。
这些系统的特点是电池供电（例如：燃气表和水表安装点一般不提供墙电），并要求电池使用寿命为20年以上。
公共事业供应商提出这个要求，是因为仅仅一次专家维护的成本通常就超过智能仪表的全部成本。
由于有超长寿命的设计要求，几乎所有水表和燃气表都使用锂亚硫酰氯（LiSOCl2）化学电池，因为其非常低的自放电特性，在仪表中的使用寿命可达20年以上。
然而，这种电池价格昂贵（约1.5美元/安时），导致单个水表或燃气表中电池BOM成本高达10-15美元。
许多智能仪表供应商决定通过扩展产品的通信覆盖范围使其产品脱颖而出。
在他们的系统网络拓扑结构中，一定数量的仪表通过sub-GHz网络发送使用和计费信息到安装在电线杆上的中继器，中继器收集汇总信息并通过蜂窝网络或其他回传通道发送到公共事业服务商。
中继器可以支持大约1000个仪表节点。
然而，中继器成本往往是单个仪表节点成本的10-100倍。
仪表供应商通常要面对来自其客户的压力，要求降低网络中中继器的数量，解决这一问题最现实的方法是提高发射器（TX）链路的稳固性。
改进TX链路预算的方法有许多。
一种最显而易见的解决方案是使用功率放大器（PA）增大发射器输出功率。
然而就电池使用寿命而言，这种方法的成本也最高。
另一种解决方案是增强协议，尽量减少信息错误和随之而来的重传次数。
虽然这种技术比简单增加PA 的方法更加节省功耗，但仍然比当前功率预算增加大约40%。
假设重新设计的智能仪表有以下三个设计要求：•40%以上的功率预算分配给TX功能，以增加覆盖范围•维持现有LiSOCl2电池大小（A）和容量（3650mA-hr）•维持现有的电池使用寿命20年策略很明确，在TX 预算范围内增加功耗，但不增加整体功耗预算，这就意味着必须降低其他功能区功耗，例如：RX 、工作模式和休眠模式预算。
图1显示原始功耗预算和重新设计后的目标预算。
智能型水表标定装置的实现
关键词 ： 片机 ； 单 水表标 定
中图分类号 ： Ｕ ９ ． ３ Ｔ ９ １６
文献标 识码 ： Ｂ
１ 总体设想
水
目前 ， 水表的标定在国内是利用将一定高度 、 体 积 的水 流过待标 表 ， 下 经 过 的 时间 以 及流 过 的水 记 量 ， 与标准表 的 读数 相 比 ， 过 一系 列 计算 ， 可 再 经 就 以得瞬 时流量 、 累积 流量及 精度 ， ： 如 （ 水表所显示累积流量 一 水箱 的实际出水量 ） 水箱的实际出水量
一
图 ２ 智 能 型 水 表标 定 装 置 结 构
Ｘｌ Ｏ ０ ％
其原理如图 ｌ 所示 ， 以看出这种方法不但标 ３ 硬件 系统设计 可 定烦 麻 、 费时 ， 且浪 费人力 物力 ， 而 占地 面积大 ， 计 且 ３ １ 标 准表 的选取 ． 算精 度又受 到一 定 的限制 。因此 改 进 标定 的方 法 ， 我们 选用 涡轮流 量计作 为标准 表 。涡轮流量 计 具有 现实意 义 。本 文提 出 的 以 ８３ ０ ｌ单 片微 机 为 核 它 基本误差为 心构成 的系统 ， 一 条 非 常 有 效 的途 径 ， 达 到 准 是一种速度式流量计 ， 的精 度很 高， 是 可 ± ．５ ， ０２ ％ 量程宽 ， 动态 特性较 好 ， 高压 ， 度范 围 耐 温 确、 可靠 、 约成本 的 目的 。 节 广 ， 流 量 可 测 ０ ０ ｍ ／ ， 流 量 可 达 ７０ ｈ 小 ． １ ｈ 大 ０ ｍ／ 。 涡轮流量计 由外壳、 导流架、 叶轮、 轴承、 感应线圈组 成 。螺旋 型叶轮 是 由导磁不 锈钢制成 的。当叶轮转 动时， 周期 地改 变线 圈磁 通 ， 在感应线 圈 内产 生正 比 于流量 的脉冲信号。 ３ ２ 单片 机 系统 的设计 ． 本装置 由单片机最小系统 电路、 键盘显示 、 脉冲 输 入 与转换 电路 、 电源 电路组成 。 单 片 机最 小 系统 由程序 存 贮 器 和单 片机 组成 ， 单 片 机 选 用 ＭＣ Ｓ一５ ｌ系 列 中 的 ８Ｃ １ Ｈ， 为 ０ ３Ｂ 其 Ｃ Ｓ芯片 ， 有 低 功 耗 的特 点 ， 有 较 多 输 出端 ＭＯ 具 且 口， 从而具有较强的控制、 计算和数据处理功能， 内 部 具有 一定 数 量 的 Ｒ Ｍ 空 间 和 两 个 定 时 器 ， 适 Ａ 很 合于本仪器存贮和低功耗的要求 。程序存贮器利用
超低功耗智能水表的实现
：
如纹 波计数器 、 数字化 电机控制 、 电表、 表和 手持式仪表等 ， 水 其 内置 的硬件乘法器 提供 了软 、 硬件相兼容 的范围 ， 提高了数据处
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１ ． ＰＡ，高 精 度 集 成 ， 完全 满 足 系 统 低 功 耗 设 计 的 要 求 。 由于 Ｏ
ＭＳ ４ ０ ４ Ｐ３Ｆ１ ３工作用 电压 为 ３０ ． Ｖ，本 电路采用 Ｒ ５ Ｌ Ｏ Ａ Ｈ Ｒ ３ Ａ 一 电压调 整芯片 ， ４５ 将 ．Ｖ工作 电压 转换为 ３０ 供 ＭＳ ４ ０ ４ ３ ． Ｖ， Ｐ ３ Ｆ １
于 开 通 状 态 ， ＭＣＵ检 测 到 电 池 电压 小 于 ３ 时 ， 自动 关 闭 当 Ｖ 将
Ｒ１ ０
１ Ｍ
Ｉ３ Ｏ Ｍ Ｓ、 Ｐ ４ Ｆ 譬 ４
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阀门 ，切断水源并报警 ，直到用户更换 电池后 ， Ｕ才打开 阀 ＭＣ
门 ： 时 ， 剩余 水 量 为 一 时 ， Ｕ 驱 动 电 机 阀 自动 关 闭 ， 同 当 １ｍ０ ＭＣ
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贾雅 琼 本 文 以 智 能 ｌ 卡 水 表 系 统 为 研 究 对 象 ， 重 点 探 讨 Ｃ 图如 ｉ 示 ， 统 硬 件 原理 框 图如 ㈠ ２所 示 。 所 系
３ １ｆ ｊ ． 玉电 ＿ 』 ＝ 电路
■
系统采 用三 节干 电池供 电， 为保证整个系统 ， 特别是 阀门的 正 常工 作 ， 需要对 电源进行 实时检测 ， 当电量 不能满足系统要 求 时， 及时报警提醒用 户更换 电池 ， 以免造成不必要的麻烦。 为提高智能水表运行 的可靠性和安全性 ，设计中采用 电源 电压实时监测 电路 ， 原理 图如 ０所示。电压检 测芯片采用 日本
基于单片机MSP430的智能水表设计
图 １ 系统框图
２ 硬件设计
２．１ Ｍ ＳＰ４３０Ｆ１４９单 片 机 系统 中单 片 机 的 主要 功 能有 ：对 流量 信 号 进行
计 数 ，并计 算 累计 用 水 量 、本 月 用 水 量 和 可用 水 量 ； 从 Ｉｃ卡读 入 购 水 金 额 ，并 计算 购 水 量 ；根 据用 水 量 对 水 表 阀门进 行开关 控 制 ；通过 ＬＣＤ显示 器 显示 相 应 信 息 ；在 低 电压 或 可用 水 量 低 于 阀值 的情 况 下 进 行 报警 。
０ 引言
长期 以来 ，我 国居 民所 使 用 的水 表 普 遍 是普 通 机械 旋翼 湿式 水表 ，此方 式存 在着 收 费周期 长 、收 费 困难 、效率 低 下等缺 点 。随着 生 活水平 的不 断提 高 ， 住 宅 智能化 越来 越受 到 人们 的关 注 ，Ｉｃ卡 智 能水 表 实现 了预付 费 功能 ，不但 使物 业管 理更 加人 性化 ，也 方 便 了节 约水 资源 的科 学管 理 ，而且 “一 卡 通 ”安 全 可 靠 ，给人 们 的生活 带来 了便 利 。 因此 ，研 制一种 低 功 耗 、计量 准确 的智 能水 表显 得极 为重 要 。
１ 系 统 设计
该 智 能 水表 的设 计 原则 是 在 低 功耗 的前 提 下 ， 实 现多 功能 ，组 成框 图如 图 １所 示 。 系统 以价 格 低 廉 、低功耗、性能可靠 的单片机 ＭＳＰ４３０Ｆ１４９作为核 心 控制 芯片 ，完 成 ＩＣ卡读 写 、流量 采 集 、电 压监 测 、 电磁 阀控制 、ＬＣＤ显示 及报 警功 能 。
收 稿 日期 ：２０１２—０３—１４ 作者简介 ：沈燕妮 （１９８３），女 ，硕士 研究生 ，主要研 究 自动化仪 器仪表 ，嵌入式 开发 与应用等 。
家用水表的数字化改造——硬件件设计毕业论文
1绪论水是生命之源，远古之始人类逐水草而居。
现代文明使人们可以享用清澈的自来水，甚至直接饮用的纯净水，随之水的正确计量成为必要。
1825年以来，发明和制造了成千上万种水表，现代化制造工艺、材料及电子技术促进了水表技术的进一步发展。
水表是记录流经封闭满管道中水流量的一种仪表，它是一种积算式速度流量计。
原理上是利用活动壁的容积室的机械作用或水流推动涡轮等活动元件，使之旋转以连续确定水流量。
水表具有结构简单、量程宽、使用方便、成本低廉等特点，我国在有关文件中规定：生活用水要求每家每户装一个水表进行水的计量，并把水表定为强检计量器具之一，受国家技术监督部门的监督管理[1]。
城市供水事业是城市基础设施的重要组成部分，也是现代化城市建设中必不可少的前导产业。
在我国政府和建设部主管部门的关注和支持下，城市自来水事业得到迅猛的发展。
自来水事业虽然在迅速发展。
1.1智能水表的发展随着社会的不断发展，科学技术不断进步，传统的机械水表由于只能先计量用水量后再收费，既增加了收费的难度，又浪费了人力、物力，目前已逐渐被各种智能水表所代替。
现在市场上智能化的水表可谓琳琅满目、五花八门，但是主要可分为水表远传显示系统、智能水表远传抄读系统、IC智能水表管理系统、智能安防抄表系统[2]。
1 水表远传显示系统与智能水表远传抄读系统水表远传显示系统是在水表上加装两套电子显示读数系统，一套在水表上让用户查看另一套是在安放在门口或大楼底层，让抄表员在室外抄读数据。
而智能水表远传抄表系统则在水表远传显示系统中加入一套与手掌抄表器连用集中传输装置，抄表员抄表时，只需将抄表器与传输系统与传输器连接，成百户水表的资料就会在短时间内全部输入抄表器。
最后通过中心管理计算机再重新将抄表的资料全部取出，以便计算和存档。
2 IC智能水表管理系统其工作原理是首先通过管理机将用户及水表的有关资料录在一张IC卡上，由水表的数据存储单元读取IC卡上的资料，如正确无误后，电动阀门就打开供水，而水费的计收，则通过信号采集单元将水的行度收集了来，通过微电脑自动计算用水电、水费和购水量余额，在显示单元上显示出来，当用户的购水量余额少于微电脑设置的余额值时，则通过电动阀门自动停水，代用户再次购水后，再次将IC卡资料输入数据存储单元，电动阀门又再次打开供水。
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西安工程大学本科毕业设计（论文）摘要长期以来，自来水用户的用水量管理依靠人工抄表，由收费员到各家收费或各用户去银行交费。
这种传统收取水费的做法需要的工作人员多，费时、费力、效率低，且常常出现用户欠费、迟缴或漏缴水费等问题，这给自来水公司和用户都带来很多的不方便与矛盾。
基于单片机的IC卡智能水表不但可以提高供水部门的工作效率，而且在技术上为节约用水、合理用水创造了条件。
由于这些特点，基于单片机的IC智能水表得到了越来越广泛的应用。
本论文主要设计基于单片机的IC卡智能水表电路。
系统包括以下几个功能模块：供电电源、流量传感器、IC卡读/写器、LCD显示模块、防拆电路、报警电路、主控芯片选用单片机AT89S51。
智能水表作为一种顺应自来水行业发展需要的产品，它的出现极大的改善了传统管理模式下存在的抄表难、收费难等问题，改变了现有的用水机制，增强了人们的节水意识，实现了供水管理部门高效管理自动化。
关键词：智能IC卡，读卡器，AT89S51，LCDABSTRACTFor a long time, the administration of the tap water scalar for the users has been relied on the copy of the water meter. With this method the toll collectors should drop in for the charge or the users consign to the bank themselves. This traditional method of the tap water charge needs a lot of workers. What’s more, the efficiency of this way is very low and it often engenders arrearage and evasion of the charge, which causes incovenience and conflict to both the users and the waterworks. The application of intelligent water meter not only improves work efficiency of the department supplying water, and realizes using water electronically but also creates a condition for using water frugally and rationally. Because of these characteristics, intelligent water meter obtained more and more widespread application.In this paper, the main design based on single-chip pre-charges the IC card water meter system hardware circuit design. The system concludes the following functional modules: power supply, flux sensor、IC card reader、LCD show module、alarm circuit、tamper circuit, and the microcontroller AT89S51 as its master CMOS chip.As the product to conform the development of the tap water industry, intelligent water meter greatly decrease the difficulty in charge and the copy of the water meter. What’s more, it can change the current water mechanism, enhance the sense of saving water, and realize the automation in the water supply department’s management.KEYWORDS: i ntelligent IC card, card reader, AT89S51, LCD目录前言 (1)第1章绪论 (5)1.1 传统水表 (5)1.1.1 传统水表的主要结构 (5)1.1.2 传统水表的特点 (5)1.2 智能水表 (6)1.2.1 智能水表介绍 (6)1.2.2 智能水表与传统水表的区别 (6)1.3 IC卡智能水表及其分类 (7)1.3.1 IC卡水表的概念 (7)1.3.2 IC卡智能水表分类 (8)第2章智能水表总体设计 (9)2.1 智能水表结构 (9)2.1.1 硬件部分 (9)2.1.2 软件部分 (10)2.2 AT89S51单片机性能介绍 (11)2.2.1 AT89S51的主要性能参数 (11)2.2.2 AT89S51的引脚功能及结构特框图 (12)2.2.3 AT89S51单片机的振荡器特性 (15)2.3 智能水表的功能 (15)2.4 系统的低功耗设计 (16)第3章智能水表各模块设计 (18)3.1 IC卡读写电路 (18)3.1.1 IC卡的基本概念 (18)3.1.2 IC卡及卡座的选用 (18)3.1.3 24C01工作原理及工作特性 (19)3.1.4 读写器的硬件设计 (19)3.2 电源电路 (21)3.2.1 MAX639转换器 (21)3.2.2 电源电路工作原理 (21)3.3 阀门控制电路 (22)3.4 流量计量模块电路 (22)3.4.1 流量计量原理 (22)3.4.2 流量计量模块原理图 (24)3.5 防拆电路 (25)3.6 LCD显示电路 (25)3.7 报警电路 (27)3.8 系统的安全性问题及其解决方案 (28)3.8.1 水表的安全性问题 (28)3.8.2 安全性问题的解决方案 (28)第4章系统各模块软件设计 (30)4.1 系统软件开发调试环境 (30)4.2 系统主程序流程图 (30)4.2.1 各模块程序流程图 (30)4.2.2 系统主程序 (31)4.3 系统各模块软件设计 (32)4.3.1 初始化模块 (32)4.3.2 水量计量模块 (33)4.3.3 IC卡处理模块 (34)4.3.4 LCD显示模块子程序 (34)4.3.5 阀门模块 (36)4.4 电源电压检测子程序 (36)第5章结论 (37)参考文献 (39)致谢 (40)附录智能水表系统原理图 (41)前言随着社会科学技术的高速发展，资源短缺现象日益严重，尤其是与人类生存息息相关的水资源。
水是宝贵的环境资源，也是我国可持续发展战略的重要物质基础。
我国是世界上人均水资源拥有量贫乏的国家之一，节约和保护水资源是我国一项重要的战略措施。
节约水资源包括两个方面的措施，一是大力推广应用节水新技术；二是加强用水的科学管理，在某种意义上来说，加强用水科学管理是当前的首要任务。
要加强用水的科学管理，最重要的是加速研究开发科学先进、应用方便的节水科学管理仪表以及这种仪表的普及应用。
因此研制一种低功耗、计量精确方便的智能水表极为重要。
长期以来，我国城镇居民所使用的水表普遍是普通机械旋翼式水表，这种水表价格低廉，性能比较稳定，但是还采用人工抄表、按户收费的模式。
此方式存在着工作量大、收费周期长、收费困难、效率低下等缺点。
随着我国信息产业的飞速发展，实现自来水收费管理的电子化、信息化、网络化已成为可能。
水表系统的智能化可以大大提高供水管理部门的工作效率并有助于节约费用、改善供水设施、提高居民饮水质量；同时还能为加强自来水使用的监督管理提供手段，从而在技术上为节约用水合理用水创造条件。
微电子技术和计算机技术的不断发展，引起了仪表机构的根本性变革，以微型计算机（单片机）为主体，将计算机技术和检测技术有机结合，就组成了新一代“智能化仪表”，智能化仪表在测量过程使用自动化技术。
智能仪表不仅能解决传统仪表不易或不能解决的问题，还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。
随着科学技术的进一步发展，仪表的智能化程度将越来越高。
我国目前智能水表新产品开发基本上是借鉴国外先进模式，因为国外在此方面的研究设计起步较早。
例如ABB公司的KENT水表采用充电电池，具有按键读数、可以显示日期时间及各户用水量，兼有机械式与电子式读数功能，而且还配有IBMPC兼容机接口，可以进行电话通信；德国Sameco公司的新型水表可显示上一年与本年度用水量以及日期与时间等，并开发了电卡式水表；此外，日本、以色列等国也相继推出自己的新产品。
国内的一些企业也对多种智能化水表系统作了研究，但在微功耗、可靠性等方面效果并不理想，因此并未投入大批量生产。
从国内外水表行业的目前情况以及水资源的可持续性发展目标来看，我国的传统水表必须进行改进，才能适应社会和经济的发展。
目前，国内企业与研究机构主要致力于智能网络远传水表和智能卡式水表系统方面的研究开发。
由于智能网络远传水表系统需要配套远传通信网络支持，其初期投资大，因此只适用于一些新建住宅小区，在小区内组成相对独立的小网；而后者采用先付费后用水的管理模式，在当前收费困难、人工抄表效率低下的情况下，更能获得供水管理部门的青睐。
1.智能网络远传水表系统就目前来讲，智能网络远传水表又可分为分线制集中抄表方式和总线制智能抄表方式。
（1）分线制集中抄表方式各种分线制集中抄表方式的基本原理大致相同，即由采集器定时顺序采集来自多路分户线的水表信号，并进行数据处理、存储。
各采集器之间采用总线制连接，最后连接到计算机。
其典型特点是各户表通过分户线连接至采集器。
分线制集中抄表模式从技术上讲较成熟，也节约成本（多户表共享一个采集器），但从实际情况看，分线制集中抄表模式存在如下缺点：1）由于每次水表的计量信号是通过分户线穿越较长距离到达采集器，中途任何一个环节出现疏漏都将使采集器采集不到数据，而且铺设分户线不仅使安装任务繁重，也存在许多隐患：短线、断线等。
错综复杂的线路更使得维护工作困难重重。
2）采集器均安装于现场，需专业人员调试系统并定期巡视维护，专业队伍日益“壮大”，维护费用也相应剧增。