家用水表的数字化改造硬件设计(附件)
本设计是以研究家用水表数字化改造的硬件部分为主，以传统机械水表的内部构造和工作原理为出发点，寻找改进方法，实现水表流量的数字化显示。 具体方案是从单片机着手，选择AT89S52芯片，比AT89C51多一个定时器，实现的功能更强大。通过把水表齿轮转动的物理信号,经过避障式光电传感器E18-D30NK的信号转换,以及检测电路的波形整形得到矩形波形的电脉冲信号，再送入单片机T0口计数，AT24C02芯片存储数据。通过1602液晶显示屏显示当前用水量，系统采用DS1302实时时钟芯片，正常情况下液晶模块可以显示时间，也可以设置时间。键盘可以控制系统的工作状态等。除上位机通讯模块未调试成功，其他功能基本实现。关键词 水表，AT89S52，传感器，液晶显示，上位机通讯目 录
1 引言 1
2 系统总体设计 2
2.1系统设计要求 2
2.2系统总体设计思路 3
2.3硬件电路设计 4
3 单元电路设计 4
3.1光电转换电路 4
3.2整形电路 5
3.3系统主控单元 7
3.4时钟控制电路 12
3.5液晶显示电路 13
3.6键盘接口电路 15
3.7系统通讯单元 18
3.8复位电路 19
3.9振荡电路 20
4 系统调试 21
4.1硬件调试 21
4.2软硬件结合调试 21
结论 25
致谢 26
参考文献 27
附录A 28
1 引 言
1．1 研究背景
自古以来，水就是生命之源。起初的人类逐水草而居，后来的现代文明使得人们可以享受清澈的自来水，甚至直接饮用纯净水，因此水的正确计量开始变得重要起来。从1825年以来，人类发明制造了成千上万种水表，因为有了水表，人类才实现了用水量的正确计算,这明确了消费者和供给者之间的经济关系。如今，现代化的制造工艺、材料及电子技术更是促进了水表业的进一步发展。?
1．2 课题研究意义
随着生
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
以来，水就是生命之源。起初的人类逐水草而居，后来的现代文明使得人们可以享受清澈的自来水，甚至直接饮用纯净水，因此水的正确计量开始变得重要起来。从1825年以来，人类发明制造了成千上万种水表，因为有了水表，人类才实现了用水量的正确计算,这明确了消费者和供给者之间的经济关系。如今，现代化的制造工艺、材料及电子技术更是促进了水表业的进一步发展。?
1．2 课题研究意义
随着生活水平的逐渐提高和工作节奏的不断加快以及法律意识的不断强化，人们对生活质量和工作效率都有了新的渴望和要求。可是与人们生活息息相关的“自来水表”，却始终没有得到质的改变，传统的入户抄表方式与现代生活的极不相称，其存在的各种缺陷是不言而喻的。具体表现在入户抄表是非常繁锁沉重的一项工作，不仅仅需要大量人力、物力和财力的投入，而且走家窜户的抄表会严重影响用户的个人休息，抄表人员的穿堂入室，更加使得用户的隐私暴露无遗！
水表是记录流经封闭管道中水流量的一种计算工具。从以前到现在,大部分的用户居民家中的水表均不外乎是水平螺翼式水表和旋翼式水表，因为其结构较为简单、量程较宽、使用还方便、成本又低廉、灵敏度还高、修理调试方便、对水质要求较低等优点,成为了我国主要的水计量仪表。但是在实际运行中也出现了一些问题：第一,工作人员经常性的到居民家中抄写用水量,带来的是很强的工作力度而且抄表的效率还不高，时不时地会发生漏抄写、误抄写的事情；第二,每个居民的生活会受到抄表人员无意的打搅,甚至还会带来不法分子趁虚而入造成损失的影响。因此人们迫切需要一种较为安全、快速、精确的抄表方式。
随着信息时代的到来以及现代化大都市的逐渐建成,自动抄表系统由此诞生。该系统是指利用微电子和计算机网络、传感器等技术自动读取、处理表计数据,通过适当传输方式将居民用水信息加以综合处理的系统[1]。该系统的方向是要自动的把每个用户家中的用水量通过计算机传递给供水者，然后再计算用水量再向用户收费。该系统的第一步是要完成机械式水表的数字化改造,这就是本次设计的出发点和立足点。
经专业人士研究表明：自动抄表系统相对于人工抄表具有以下优点：提高抄表人 员的工作效率、提高供水单位的管理水平、实现多种优越的功能、为用户提供巨大的方便。因此研究这种新型可靠、低成本、高性能的智能化水表关系着我国生产力的全面提高，其意义长远重大。?
1．3 国内外智能水表的发展方向
自1950年以来，自来水行业渐渐兴盛起来，由此水表行业也处于上升趋势。60年代中后期，上海热工仪表科学研究所和国家建筑工程部城建局会同宁波水表厂等单位合作，共同研发和生产旋翼式水表[2]。以浙江宁波、上海水表厂为代表，在73年研制开发的水平螺翼式水表是中国那个时代流量系水表的奋斗目标。60年代外国主要研制数码直读速度式水表,70年代主要研制干式磁传和容积式水表。
到了80年代以后，指针读数从原来的7位数更换为8位数，叶轮结构从原先的组合式更改为整体性的，中国的水表均统一标准，此举大大的改善了水表的计量功能。与此同时，我国工业产品许可证、企业分级制度的实施使得水表品质的水平也有了极大的上升。外国的速度式水表完成了从A到B的准确度等级的飞越。
90年代至今，从水平螺翼式水表、旋翼湿式水表等，向远传水表集中抄读系统和二次仪表相配套的水表、IC卡式水表等方向发展，使我国水表业发展进入崭新阶段[2]。
值得一提的是，国外的SE700型水表是当时的一款最新型民用水表,口径为20mm（可替代国内15一25口径水表）,这种水表完全打破了常规机械水表的原理。它是通过固态流体传感器来计算水流量的，当自来水流过水表时,该传感器可以感应到电动势（由于水流切割磁力线），然后电子数据记录仪器抄写用水量数据,而且发送給自动抄表系统[3]。
而且，SE700水表拥有许多优越的地方,既不会计算空气,也不会有堵塞和破损，在整个工作周期里保持至少1%的精准度。水表的内部构造还比普通的机械水表的内部构造更为简略。SE700水表设置了一个数据通讯接口,能够连接各种远方抄表仪器，给供水行业带来了超极大的灵活性，称得上是民用水表的一次技术革命！
综上，随着信息网络、现代计量、传感器技术以及社会化需求的发展,智能水表系统也随之不断向前发展[4]。
2 系统总体设计
2．1 系统设计要求
在传统机械水表的基础上进行装置上的简单、有效、低成本的改造，实现数传数字水表前端的功能。家用水表数字化改造实现的主要功能是：
（1）完成传统家用水表的流量的采集。
（2）系统能够存储12个月的用水量。
（3）水表正常工作时液晶显示用水量；键盘无输入时，液晶模块显示当前时间。
（4）装置能与PC之间实现实时的通讯。
2．2 系统总体设计思路
毕业设计题目是家用水表数字化改造—硬件部分，在不破坏传统机械水表的内部结构的情况下改造水表装置。
通过在水表表盘盘玻璃上正对的某一级齿轮上设置一个光电转换器，随着该齿轮的转动，光电转
1 引言 1
2 系统总体设计 2
2.1系统设计要求 2
2.2系统总体设计思路 3
2.3硬件电路设计 4
3 单元电路设计 4
3.1光电转换电路 4
3.2整形电路 5
3.3系统主控单元 7
3.4时钟控制电路 12
3.5液晶显示电路 13
3.6键盘接口电路 15
3.7系统通讯单元 18
3.8复位电路 19
3.9振荡电路 20
4 系统调试 21
4.1硬件调试 21
4.2软硬件结合调试 21
结论 25
致谢 26
参考文献 27
附录A 28
1 引 言
1．1 研究背景
自古以来，水就是生命之源。起初的人类逐水草而居，后来的现代文明使得人们可以享受清澈的自来水，甚至直接饮用纯净水，因此水的正确计量开始变得重要起来。从1825年以来，人类发明制造了成千上万种水表，因为有了水表，人类才实现了用水量的正确计算,这明确了消费者和供给者之间的经济关系。如今，现代化的制造工艺、材料及电子技术更是促进了水表业的进一步发展。?
1．2 课题研究意义
随着生
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
以来，水就是生命之源。起初的人类逐水草而居，后来的现代文明使得人们可以享受清澈的自来水，甚至直接饮用纯净水，因此水的正确计量开始变得重要起来。从1825年以来，人类发明制造了成千上万种水表，因为有了水表，人类才实现了用水量的正确计算,这明确了消费者和供给者之间的经济关系。如今，现代化的制造工艺、材料及电子技术更是促进了水表业的进一步发展。?
1．2 课题研究意义
随着生活水平的逐渐提高和工作节奏的不断加快以及法律意识的不断强化，人们对生活质量和工作效率都有了新的渴望和要求。可是与人们生活息息相关的“自来水表”，却始终没有得到质的改变，传统的入户抄表方式与现代生活的极不相称，其存在的各种缺陷是不言而喻的。具体表现在入户抄表是非常繁锁沉重的一项工作，不仅仅需要大量人力、物力和财力的投入，而且走家窜户的抄表会严重影响用户的个人休息，抄表人员的穿堂入室，更加使得用户的隐私暴露无遗！
水表是记录流经封闭管道中水流量的一种计算工具。从以前到现在,大部分的用户居民家中的水表均不外乎是水平螺翼式水表和旋翼式水表，因为其结构较为简单、量程较宽、使用还方便、成本又低廉、灵敏度还高、修理调试方便、对水质要求较低等优点,成为了我国主要的水计量仪表。但是在实际运行中也出现了一些问题：第一,工作人员经常性的到居民家中抄写用水量,带来的是很强的工作力度而且抄表的效率还不高，时不时地会发生漏抄写、误抄写的事情；第二,每个居民的生活会受到抄表人员无意的打搅,甚至还会带来不法分子趁虚而入造成损失的影响。因此人们迫切需要一种较为安全、快速、精确的抄表方式。
随着信息时代的到来以及现代化大都市的逐渐建成,自动抄表系统由此诞生。该系统是指利用微电子和计算机网络、传感器等技术自动读取、处理表计数据,通过适当传输方式将居民用水信息加以综合处理的系统[1]。该系统的方向是要自动的把每个用户家中的用水量通过计算机传递给供水者，然后再计算用水量再向用户收费。该系统的第一步是要完成机械式水表的数字化改造,这就是本次设计的出发点和立足点。
经专业人士研究表明：自动抄表系统相对于人工抄表具有以下优点：提高抄表人 员的工作效率、提高供水单位的管理水平、实现多种优越的功能、为用户提供巨大的方便。因此研究这种新型可靠、低成本、高性能的智能化水表关系着我国生产力的全面提高，其意义长远重大。?
1．3 国内外智能水表的发展方向
自1950年以来，自来水行业渐渐兴盛起来，由此水表行业也处于上升趋势。60年代中后期，上海热工仪表科学研究所和国家建筑工程部城建局会同宁波水表厂等单位合作，共同研发和生产旋翼式水表[2]。以浙江宁波、上海水表厂为代表，在73年研制开发的水平螺翼式水表是中国那个时代流量系水表的奋斗目标。60年代外国主要研制数码直读速度式水表,70年代主要研制干式磁传和容积式水表。
到了80年代以后，指针读数从原来的7位数更换为8位数，叶轮结构从原先的组合式更改为整体性的，中国的水表均统一标准，此举大大的改善了水表的计量功能。与此同时，我国工业产品许可证、企业分级制度的实施使得水表品质的水平也有了极大的上升。外国的速度式水表完成了从A到B的准确度等级的飞越。
90年代至今，从水平螺翼式水表、旋翼湿式水表等，向远传水表集中抄读系统和二次仪表相配套的水表、IC卡式水表等方向发展，使我国水表业发展进入崭新阶段[2]。
值得一提的是，国外的SE700型水表是当时的一款最新型民用水表,口径为20mm（可替代国内15一25口径水表）,这种水表完全打破了常规机械水表的原理。它是通过固态流体传感器来计算水流量的，当自来水流过水表时,该传感器可以感应到电动势（由于水流切割磁力线），然后电子数据记录仪器抄写用水量数据,而且发送給自动抄表系统[3]。
而且，SE700水表拥有许多优越的地方,既不会计算空气,也不会有堵塞和破损，在整个工作周期里保持至少1%的精准度。水表的内部构造还比普通的机械水表的内部构造更为简略。SE700水表设置了一个数据通讯接口,能够连接各种远方抄表仪器，给供水行业带来了超极大的灵活性，称得上是民用水表的一次技术革命！
综上，随着信息网络、现代计量、传感器技术以及社会化需求的发展,智能水表系统也随之不断向前发展[4]。
2 系统总体设计
2．1 系统设计要求
在传统机械水表的基础上进行装置上的简单、有效、低成本的改造，实现数传数字水表前端的功能。家用水表数字化改造实现的主要功能是：
（1）完成传统家用水表的流量的采集。
（2）系统能够存储12个月的用水量。
（3）水表正常工作时液晶显示用水量；键盘无输入时，液晶模块显示当前时间。
（4）装置能与PC之间实现实时的通讯。
2．2 系统总体设计思路
毕业设计题目是家用水表数字化改造—硬件部分，在不破坏传统机械水表的内部结构的情况下改造水表装置。
通过在水表表盘盘玻璃上正对的某一级齿轮上设置一个光电转换器，随着该齿轮的转动，光电转
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