畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告基于單片機(jī)的智能水表的設(shè)計(jì)

1、安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題目： 基于單片機(jī)的智能水表的設(shè)計(jì) 課 題 類 型： 設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)研究 論文 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 3072102137 專 業(yè) 班 級(jí)： 電子信息工程2071 教 學(xué) 單 位： 電氣學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師： 開(kāi) 題 時(shí) 間： 2011年2月28日 2011 年 3 月 10 日一、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及研究意義設(shè)計(jì)內(nèi)容：此次設(shè)計(jì)是一種基于單片機(jī)的智能水表，它以價(jià)格較低的at89c51為核心，以智能卡式水表系統(tǒng)為研究對(duì)象，它結(jié)合了控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、流體計(jì)量學(xué)等多方面技術(shù)，是一種跨專業(yè)的電子信息化系統(tǒng)。主要解決計(jì)量控制精度、功耗、數(shù)據(jù)保密性

2、、動(dòng)作可靠性和穩(wěn)定性、系統(tǒng)易用性和安全性等方面問(wèn)題。研究意義：由于中國(guó)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，落后的科技已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，只有不斷進(jìn)步的科技才能推動(dòng)社會(huì)和時(shí)代的跨越發(fā)展，所以基于單片機(jī)智能水表的研究也推上了一個(gè)重要的高度。更為重要的是水的節(jié)約利用，水是生命之源，沒(méi)有水，人類的生命無(wú)法延續(xù)，所以節(jié)約水對(duì)我們來(lái)說(shuō)也至關(guān)重要。也是國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的重要課題，還有物質(zhì)基礎(chǔ)。所以當(dāng)前很多城市在生態(tài)治理，在水污染治理的工作越來(lái)越受人們的重視，確保水的污染物質(zhì)不超標(biāo)，保證人們能夠喝上干凈的用水。所以水的利用真的很有必要，智能水表的研究為水資源的再節(jié)約做了很重要的貢獻(xiàn)。另外，人類在尋找地球外部的其他星系的生命

3、時(shí)候，也把水做為外星球的是否存在生命的重要的參考標(biāo)準(zhǔn)?？墒侨藗儏s沒(méi)有完全真正的知道水的重要性，所以在許許多多的地方，公共場(chǎng)所等，水一直在流，卻沒(méi)有人用，嚴(yán)重的導(dǎo)致水的浪費(fèi)，也許是因?yàn)樯钤谥袞|部，對(duì)水浪費(fèi)并沒(méi)有嚴(yán)重的感受?？墒钱?dāng)你生活在西部地區(qū)，干旱少雨，所以水在他們的意識(shí)中很重要。有些人甚至一年都不能洗幾次澡。此外，我國(guó)是世界上人均水資源擁有量是分貧乏的國(guó)家之一，節(jié)約和保護(hù)水資源是我國(guó)當(dāng)前一項(xiàng)是分重要的戰(zhàn)略措施。節(jié)約水資源包括兩個(gè)方面的措施，一是大力推廣應(yīng)用節(jié)水新技術(shù)；二是加強(qiáng)用水的科學(xué)管理，在某種意義上來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)用水科學(xué)管理是當(dāng)前的首要任務(wù)。要加強(qiáng)用水的科學(xué)管理，最重要的是加速研究開(kāi)發(fā)科學(xué)

4、先進(jìn)、應(yīng)用方便的節(jié)水科學(xué)管理儀表以及這種儀表的普及應(yīng)用?？梢?jiàn)研究一種低功耗、計(jì)量精確方便的智能水表顯得極為重要，對(duì)推動(dòng)水節(jié)約發(fā)展做重要貢獻(xiàn)。二、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研究現(xiàn)狀：傳統(tǒng)水表的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)年代，它涉及社會(huì)生活的各個(gè)方面。它對(duì)改善人類生活、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步起到了無(wú)法估量的作用。直到現(xiàn)在在很多領(lǐng)域還能繼續(xù)發(fā)揮作用。傳統(tǒng)水表主要結(jié)構(gòu)由硬件構(gòu)成，以相對(duì)固定形式確定下來(lái)，所實(shí)現(xiàn)的功能較單一。只具有流量采集和機(jī)械指針顯示用水量的功能，用戶在使用過(guò)程中無(wú)法對(duì)其功能進(jìn)行改變。它一般具有輸入信號(hào)接口、內(nèi)部處理電路和實(shí)時(shí)顯示三部分。對(duì)于一些儀表功能如自凋零、自校準(zhǔn)、自動(dòng)調(diào)節(jié)量程等的

5、設(shè)置是由用戶在儀表設(shè)備面板上手工完成。傳統(tǒng)水表的主要特點(diǎn)是自成體系，自我包容，用戶無(wú)法更改。傳統(tǒng)水表功能單一，只具流量采集和機(jī)械指針顯示用水量的功能。同時(shí)，一臺(tái)普通傳統(tǒng)水表具有相對(duì)獨(dú)立性，不能與其他水表設(shè)備進(jìn)行通信，而只能用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果不能處理、存儲(chǔ)、顯示，局限性很大。另外，傳統(tǒng)水表無(wú)法升級(jí)換代，而且開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、經(jīng)費(fèi)投入大。隨著科技水平不斷發(fā)展，人們對(duì)傳統(tǒng)水表提出以下幾方面的要求：測(cè)量精度高、功能強(qiáng)、可靠性好，測(cè)量全能自動(dòng)化、智能化，小型化、使用靈活方便、升級(jí)方便，同時(shí)還能進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和顯示，具有和其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊等功能。這些新的要求不僅促使著傳統(tǒng)水表不斷地改進(jìn)和發(fā)展，

6、也孕育著新一代水表智能水表的產(chǎn)生。發(fā)展趨勢(shì)：國(guó)內(nèi)外智能建筑的智能化正在逐步提升，采用ic卡智能水表后，可以改變自來(lái)水收費(fèi)及管理的現(xiàn)狀，達(dá)到下列管理目標(biāo)：智能水表代替?zhèn)鹘y(tǒng)水表，用ic卡實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)，實(shí)現(xiàn)“先付費(fèi)后用水”、持卡結(jié)算的理想管理模式，從根本上杜絕欠繳、遲繳、漏繳水費(fèi)的現(xiàn)象，使自來(lái)水公司應(yīng)收費(fèi)用及時(shí)到位；建立自來(lái)水公司計(jì)算機(jī)信息管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自來(lái)水供應(yīng)、自來(lái)水用戶及自來(lái)水公司員工的科學(xué)化管理；建立完善的財(cái)務(wù)核算管理，使自來(lái)水公司的日常工作和管理流程化、自動(dòng)化、科學(xué)化，提高自來(lái)水公司的服務(wù)質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力；減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，消滅（減少）現(xiàn)金交易，減少人為差錯(cuò)和杜絕貪污案件的發(fā)生；提供

7、方便的統(tǒng)計(jì)查詢功能，便于全面、及時(shí)地了解情況，為決策提供依據(jù)。ic卡水表系統(tǒng)是由ic卡水表、通用ic卡及計(jì)算機(jī)收費(fèi)管理網(wǎng)絡(luò)組成，起核心是ic卡水表。三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）研究方案及工作計(jì)劃1.智能水表方案設(shè)計(jì)根據(jù)所設(shè)計(jì)水表功能要求，可確定ic卡智能水表主要由閥門(mén)、流量傳感器、微處理器、ic卡讀/寫(xiě)器、顯示器及電源等組成。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖所示：圖1. ic卡智能水表原理框圖(1).微處理器采用at89c51, at89c51是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中單片機(jī)時(shí)鐘電路采用晶振12mhz，復(fù)位采用按鍵電平復(fù)位

8、電路。(2).水表的供電電源電路 為確保水表系統(tǒng)在意外斷電時(shí)不使數(shù)據(jù)丟失，因此供電系統(tǒng)采用交/直流電源，平時(shí)水表由交流電通過(guò)表內(nèi)的小型變壓器輸出供電，而備用電池處于充電狀態(tài)，一旦停電，水表就由內(nèi)部備用電池供電。(3).閥門(mén) 對(duì)水表而言，閥門(mén)是被控對(duì)象，控制著進(jìn)水的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)。目前可控的閥門(mén)主要是電磁閥，但常規(guī)的電磁閥是靠電的通/斷來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)/關(guān)的，即要讓閥門(mén)一直開(kāi)著，就必須一直通電，因此耗電較大，不符合本水表低功耗的要求。因此，必須對(duì)現(xiàn)有的電平開(kāi)關(guān)式電磁閥進(jìn)行改進(jìn)，采用雙穩(wěn)態(tài)電磁閥，即閥門(mén)開(kāi)/關(guān)由電脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)。使得對(duì)閥門(mén)開(kāi)/關(guān)只需瞬時(shí)供電從而減少耗電量。(4).流量傳感器 流量傳感器是水表

9、中的傳感器部分，是實(shí)現(xiàn)正確計(jì)量的基礎(chǔ)?？紤]到現(xiàn)有的模擬式水表中，旋翼式水表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬，靈敏度高，外形尺寸小，精確度已被廣大用戶所接受；因此本水表的流量傳感器還是基于模擬水表的旋翼式結(jié)構(gòu)，而通過(guò)在葉輪上安裝磁鋼與微型干簧管等機(jī)構(gòu)，將葉輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)頻率脈沖計(jì)數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水流量的計(jì)量。其耗電小，并保持了原有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精確度高的優(yōu)點(diǎn)。(5).ic卡讀/寫(xiě)器 ic卡讀/寫(xiě)器是ic卡水表的輸入接口。當(dāng)ic卡插入讀/寫(xiě)器時(shí)，首先讀入的是卡中的密碼，以判斷此ic卡的合法性；水表在判斷了卡的合法性后，讀入所購(gòu)水量并和水表內(nèi)剩余水量累加，同時(shí)將卡上購(gòu)水量單元清零；回寫(xiě)水表上用水量、剩余

10、水量等信息，以便下次購(gòu)水時(shí)自來(lái)水公司讀取，實(shí)現(xiàn)水表信息的回饋功能。(6).顯示器 液晶顯示器作為水表的輸出接口，顯示剩余水量、電池狀態(tài)及開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息。它們的有效工作時(shí)間都比較短。用戶看完后，沒(méi)有必要讓它一直顯示；為此，可利用水表上的防水蓋提供信號(hào)。即當(dāng)蓋子打開(kāi)時(shí)，使它們進(jìn)入工作狀態(tài)；而當(dāng)蓋子蓋上時(shí)，是它們停止工作，從而達(dá)到節(jié)電的目的。2重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）.智能卡的比較分析選擇；（2）.智能卡式水表控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)；（3）.智能卡式水表控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)；（4）.智能卡式水表系統(tǒng)的低功耗、可靠性與抗干擾性設(shè)計(jì)3. 工作計(jì)劃 起止日期（日/月）周次內(nèi)容進(jìn)程2.202.271知道本課題的內(nèi)

11、容，查找相關(guān)參考文獻(xiàn)和資料2.283.062進(jìn)一步熟悉設(shè)計(jì)的課題，查閱、整理參考文獻(xiàn)和資料3.073.133本設(shè)計(jì)的開(kāi)題報(bào)告的完成3.143.204進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)方案的進(jìn)一步的探索、求證3.213.275方案論證，方案改進(jìn)，方案定稿3.284.036對(duì)設(shè)計(jì)的各模塊，分析，求答4.044.107 各部分硬件電路的設(shè)計(jì)4.114.178各模塊部分軟件的設(shè)計(jì)4.184.249熟悉畢業(yè)設(shè)計(jì)格式、準(zhǔn)備撰寫(xiě)論文初稿4.255.0110撰寫(xiě)畢業(yè)本文初稿5.025.1511.12完成畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿，提交論文初稿5.165.2313.14修改畢業(yè)論文，進(jìn)一步完善硬件電路設(shè)計(jì)5.246.415修改畢業(yè)論文，進(jìn)一步完善

12、軟件設(shè)計(jì)6.56.1016最終完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，提交4主要參考文獻(xiàn)1 沈紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,20032 沈紅衛(wèi).基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).北京：電子工業(yè)出版社,2005 3 劉文濤.單片機(jī)語(yǔ)言c51典型應(yīng)用設(shè)計(jì).北京：人民郵電出版社，20054 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編6.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20045 馬云峰,陳子夫.ic卡智能自來(lái)水表的設(shè)計(jì).自動(dòng)化與儀器儀表.2000，第一期：48-506 韓桂利.ic卡智能水表的設(shè)計(jì).天津聯(lián)合學(xué)報(bào).2007,第九卷第二期：6-87 吳志成，馬步青.國(guó)內(nèi)智能水表的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向.中國(guó)給水排水.

13、2006,第十九卷第九期：19-218 徐瑋，沈建良.單片機(jī)快速入門(mén).北京航空航天大學(xué)出版社.20089 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京航大出版社10 王愛(ài)英.智能卡技術(shù).北京:清華大學(xué)出版.2000 11 沈宇超，沈樹(shù)群，樊榮等.射頻識(shí)別系統(tǒng)中通信協(xié)議的模塊化設(shè)計(jì).通信學(xué)報(bào).2007 12 max3232.status: active 3v to 5.5v multichannel rs-232 line drivr/receiver13 kaiseru. a low power transponder ic for high perform anceidentification sy.

14、200614 philips semiconductors mifare rf s50 highly integrated iso14443 a reader ic data sheet philips corporation.2006 外文文獻(xiàn)：at89c51 date sheetdescriptionthe at89c51 is a low-power， high-performance cmos 8-bit microcontroller with 8kbytes of in-system programmable flash memory. the device is manufact

15、ured using atmels high-density nonvolatile memory technology and is compatible with the industry-standard 80c51 instruction set and pinout. the on-chip flash allows the program memory to be reprogrammed in-system or by a conventional nonvolatile memory programmer. by combining a versatile 8-bit cpu

16、with in-system programmable flash on a monolithic chip， the atmel at89c51 is a powerful microcontroller which provides a highly-flexible and cost-effective solution to many embedded control applications.the at89c51 provides the following standard features: 8k bytes of flash， 256 bytes of ram， 32 i/o

17、 lines， watchdog timer， two data pointers， three 16-bit timer/counters， a six-vector two-level interrupt architecture， a full duplex serial port， on-chip oscillator， and clock circuitry. in addition， the at89c51 is designed with static logic for operation down to zero frequency and supports two soft

18、ware selectable power saving modes. the idle mode stops the cpu while allowing the ram， timer/counters， serial port， and interrupt system to continue functioning. the power-down mode saves the ram contents but freezes the oscillator， disabling all other chip functions until the next interrupt or har

19、dware reset.vccsupply voltage.gndground.port 0port 0 is an 8-bit open drain bidirectional i/o port. as an output port， each pin can sink eight ttl inputs. when 1sare written to port 0 pins， the pins can be used as highimpe dance inputs. port 0 can also be configured to be the multiplexed loworder ad

20、dress/data bus during accesses to external program and data memory. in this mode， p0 has internal pullups. port 0 also receives the code bytes during flash programming and outputs the code bytes during program verification. external pullups are required during program verification.port 1port 1 is an

21、 8-bit bidirectional i/o port with internal pullups. the port 1 output buffers can sink/source four ttl inputs. when 1s are written to port 1 pins， they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. as inputs， port 1 pins that are externally being pulled low will source current

22、(iil) because of the internal pullups. in addition， p1.0 and p1.1 can be configured to be the timer/counter 2 external count input (p1.0/t2) and the timer/counter 2 trigger input (p1.1/t2ex)， respectively， port 1 also receives the low-order address bytes during flash programming and verificationport

23、 2port 2 is an 8-bit bidirectional i/o port with internal pullups. the port 2 output buffers can sink/source four ttl inputs. when 1s are written to port 2 pins， they are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. port 2 emits the high-order address byte during fetches from exter

24、nal program memory and during accesses to external data memory that use 16-bit addresses (movx dptr). in this application， port 2 uses strong internal pull-ups when emitting 1s. during accesses to external data memory that use 8-bit addresses (movx ri)， port 2 emits the contents of the p2 special fu

25、nction register. port 2 also receives the high-order address bits and some control signals during flash programming and verification.port 3port 3 is an 8-bit bidirectional i/o port with internal pullups. the port 3 output buffers can sink/source four ttl inputs. when 1s are written to port 3 pins， t

26、hey are pulled high by the internal pullups and can be used as inputs. as inputs， port 3 pins that are externally being pulled low will source current (iil) because of the pullups. port 3 also serves the functions of various special features of the at89c51， as shown in the following table. port 3 al

27、so receives some control signals for flash programming and verification.rstreset input. a high on this pin for two machine cycles while the oscillator is running resets the device. this pin drives high for 96 oscillator periods after the watchdog times out. the disrto bit in sfr auxr (address 8eh) c

28、an be used to disable this feature. in the default state of bit disrto， the reset high out feature is enabled.ale/progaddress latch enable (ale) is an output pulse for latching the low byte of the address during accesses to external memory. this pin is also the program pulse input (prog) during flas

29、h programming. in normal operation， ale is emitted at a constant rate of 1/6 the oscillator frequency and may be used for external timing or clocking purposes.if desired， ale operation can be disabled by setting bit 0 of sfr location 8eh. with the bit set， ale is active only during a movx or movc in

30、struction. otherwise， the pin is weakly pulled high. setting the ale-disable bit has no effect if the microcontroller is in external execution mode.psenprogram store enable (psen) is the read strobe to external program memory. when the at89c51 is executing code from external program memory， psen is

31、activated twice each machine cycle， except that two psen activations are skipped during each access to external data memory.ea/vppexternal access enable. ea must be strapped to gnd in order to enable the device to fetch code from external program memory locations starting at 0000h up to ffffh. note，

32、 however， that if lock bit 1 is programmed， ea will be internally latched on reset. ea should be strapped to vcc for internal program executions. this pin also receives the 12-volt programming enable voltage (vpp) during flash programming.xtal1input to the inverting oscillator amplifier and input to

33、 the internal clock operating circuit.xtal2output from the inverting oscillator amplifier.譯文：at89c51 數(shù)據(jù)手冊(cè)功能特性描述at89c51是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程flash 存儲(chǔ)器。使用atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89c51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

34、at89c51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能； 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32 位i/o 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89c51 可降至0hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。vcc : 電源gnd: 地p0 口：p0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p0端口寫(xiě)“1”時(shí)

35、，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。p1 口：p1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0和p1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex），在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口接收低8位地址字節(jié)。p2 口：p