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紅外遙控預(yù)付費(fèi)水表的設(shè)計(jì)

發(fā)布日期：2013-04-16 瀏覽次數(shù) ：1638

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摘要:針對(duì)IC卡水表應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境時(shí)存在的不足之處,提出了一種基于紅外遙控的預(yù)付費(fèi)水表的設(shè)計(jì)方案.從上位PC機(jī)通信電路、紅外發(fā)送與接收電路以及電源模塊等幾個(gè)方面詳細(xì)介紹了該水表系統(tǒng)硬件部分的實(shí)現(xiàn)方法.此外簡(jiǎn)要介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)以及紅外通信硬件抗干擾措施.

　　現(xiàn)有的IC卡預(yù)付費(fèi)水表解決了傳統(tǒng)供水收費(fèi)方式中存在的工作量大、工作人員多、收費(fèi)周期長(zhǎng)、收費(fèi)困難、效率低下等缺點(diǎn),從根本上改變了用戶先用水后付水費(fèi)的狀況,為加強(qiáng)自來(lái)水使用的監(jiān)督管理提供了手段.但I(xiàn)C卡水表上留有插口,易進(jìn)雜物和遭到腐蝕,同時(shí)水表上的液晶顯示屏的耐腐性也很差,導(dǎo)致IC卡水表不適用于工作環(huán)境差的工廠及企事業(yè)單位,尤其是不適用于窨井之類潮濕度大的環(huán)境.本文介紹的紅外遙控預(yù)付費(fèi)水表通過(guò)將液晶顯示屏安置于遙控器上,以紅外線為傳輸介質(zhì),不僅可以從根本上解決IC卡水表目前存在的問(wèn)題,而且可以擴(kuò)大信息傳送距離,減輕工作負(fù)擔(dān),從而為節(jié)約用水、合理用水提供技術(shù)支持.

　　1　紅外遙控預(yù)付費(fèi)水表概述

　　紅外遙控預(yù)付費(fèi)水表的系統(tǒng)功能如下:(a)信息傳輸功能,通過(guò)上位PC機(jī)對(duì)遙控器進(jìn)行讀、寫操作,利用遙控器實(shí)現(xiàn)信息傳輸;(b)查詢功能,用戶可以隨時(shí)利用遙控器查詢剩余水量,水量數(shù)值在遙控器上的液晶顯示屏顯示;(c)流量計(jì)算功能,根據(jù)付費(fèi)數(shù)額和用水情況,通過(guò)MCU進(jìn)行流量計(jì)算并控制水路的通斷;(d)報(bào)警功能,剩余水量低于某一設(shè)定值時(shí),流量計(jì)以某一設(shè)定方式報(bào)警提示用戶進(jìn)行充值.報(bào)警方式可以是發(fā)出聲信號(hào),光信號(hào)或短暫的停水.

　　該水表系統(tǒng)的管理方式如圖1所示.系統(tǒng)由上位機(jī)、遙控器、流量計(jì)、MCU、電磁閥等組成.用戶到自來(lái)水公司付費(fèi)購(gòu)水后便可將存儲(chǔ)水量的遙控器對(duì)準(zhǔn)流量計(jì),按動(dòng)按鈕進(jìn)行水量傳輸,MCU接收紅外信號(hào)讀取水量后,發(fā)控制信號(hào)清空遙控器中的水量數(shù)據(jù),同時(shí)開啟電磁閥接通水路,允許用戶用水.流量計(jì)通過(guò)計(jì)量裝置將水量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào),脈沖信號(hào)輸入到MCU中進(jìn)行水量計(jì)量.隨著用戶用水量的增加,流量計(jì)內(nèi)水量數(shù)值逐漸減少,當(dāng)水量達(dá)到某一數(shù)值時(shí),提示用戶付費(fèi)充值,否則一旦水量用完,系統(tǒng)將關(guān)閉電磁閥禁止用水,直到用戶付費(fèi)后,再次開啟電磁閥允許用水.本系統(tǒng)實(shí)行一戶一表一遙控器.

　　2　紅外遙控預(yù)付費(fèi)水表的硬件設(shè)計(jì)

　　2.1　上位PC機(jī)串口通信的硬件實(shí)現(xiàn)

　　上位PC機(jī)與遙控器之間串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)采用美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)正式公布的RS-232C.由于RS-232C是早期為促進(jìn)公用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn),其邏輯電平對(duì)地是對(duì)稱的,與TTL,MOS邏輯電平完全不同.邏輯0電平規(guī)定為+5～+15之間,邏輯1電平為-5～-15之間,因此,RS-232C驅(qū)動(dòng)器與TTL電平連接必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換.MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232是單片集成雙RS-232發(fā)送/接收器,適用于各種EIA-232C和V.28/V.

　　24的通信接口.該芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器,可以把+5 V電源變換成RS-232C所需電平.采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5 V電源.其適應(yīng)性強(qiáng),價(jià)格適中,接口簡(jiǎn)單,應(yīng)用廣泛.通信接口原理如圖2所示.

　　2.2　遙控器的硬件實(shí)現(xiàn)

　　遙控器的電路原理如圖3所示,其中MCU選用ATMEL公司的AT89C2051產(chǎn)品,該產(chǎn)品與MCS-51單片機(jī)兼容,含80C51核,工作電壓2. 7～6. 0 V,內(nèi)置128字節(jié)RAM、2 K字節(jié)閃速存儲(chǔ)器、15條可編程I/O口線、5個(gè)中斷矢量、1個(gè)編程全雙工串行口,1個(gè)模擬比較器,提供待機(jī)和掉電兩種省電工作方式,具有優(yōu)異的性能價(jià)格比.

　　從數(shù)據(jù)的安全性考慮,串行E2PROM選用美國(guó)Xicor公司生產(chǎn)的X25045[1].該芯片將看門狗定時(shí)器、復(fù)位控制和E2PROM集成在單個(gè)8引腳封裝的器件內(nèi),具有SPI總線接口,512×8位串行E2PROM,工作電壓2.7～5.5 V,提供不少于105次的使用期限和zui小100年的數(shù)據(jù)保存期.此外,還具有低電源電壓檢測(cè)、低功耗、數(shù)據(jù)傳送速率快、塊鎖定、片內(nèi)異常事件寫保護(hù)等特點(diǎn).

　　數(shù)據(jù)的傳輸依賴于紅外發(fā)射/接收電路.紅外發(fā)射電路中,D1為紅外發(fā)光二管,在此選用圓形封裝的發(fā)光管,其視角小,發(fā)射距離遠(yuǎn).為增加發(fā)光強(qiáng)度,可以放置兩個(gè)紅外發(fā)光二管.T1為PNP型三管,起放大作用,為發(fā)光二管提供較大的工作電流.TXD輸出的二進(jìn)制碼經(jīng)32.768 K的載波進(jìn)行調(diào)制,以增加碼的空度比,達(dá)到降低電源功耗的目的.紅外接收電路中,紅外接收器采用JRC公司推出的NJL41系列一體化紅外接收器NJL41V328[2],該器件集紅外線接收和放大于一體,不需要任何外接元件,就能完成紅外線從接收到輸出與TTL電平信號(hào)兼容的所有工作.其電源電壓為4.7～5.3 V,zui小遙控距離為8 m,輸出口可接MCU串行輸入口,沒(méi)有串口的MCU也可接中斷口,用軟件完成串行數(shù)據(jù)的接收.

　　為提供滿足要求的、穩(wěn)定的工作電源電壓,選用MAXIM公司生產(chǎn)的DC-DC集成電路MAX731,該產(chǎn)品通過(guò)兩節(jié)5號(hào)電池即能產(chǎn)生5 V、200 mA的直流電.電路原理如圖4所示.

　　顯示電路為串口LCD字段式顯示器,數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線分別接MCU的P3.4口和P3.5口.由P3.7口引出的發(fā)光二級(jí)管D2作為工作指示燈.