1 引言

　　隨著社會科學技術的高速發展，資源短缺現象日益嚴重，尤其是與人類生存息息相關的水資源。隨著我國信息產業的飛速發展，實現自來水收費管理的電子化、信息化及網絡化已成為可能。水表系統的智能化可以大大提高供水管理部門的工作效率，節約費用，用以改善供水設施，提高居民飲用水質量。本文以一種智能卡式水表控制系統為研究對象，它結合了控制技術、計算機技術等多方面技術，是一種跨專業的電子信息化系統。

2 智能水表控制系統的總體結構

　　智能水表控制系統具體實現水表的自動計量水流量、讀寫tm卡、控制閥門、顯示報警等功能。控制系統電路由低功耗單片機、流量計、e2prom存儲電路、tm卡讀寫電路、lcd顯示控制電路、閥門控制檢測電路、電壓檢測電路等組成。

　　當用戶將含有購水量等信息的tm卡插入水表上卡座內時，控制閥在電控系統控制下開通供水通道。用戶每用一個計量單位（10升），計量電路便發出一組計量脈沖序列，該脈沖序列如經電控系統判定為有效，即可從已購水量中減去一個計量單位。當剩余水量達到報警值時，液晶漢字顯示“請購水”；當水量為零時，控制閥自動關閉，水路即被切斷，此時用戶須重新持卡購水。在正常情況下，控制閥處于接通狀態，只有當特殊事件發生時控制閥才從接通狀態變為關閉狀態。

3 智能水表控制系統的硬件設計

　　tm卡水表控制系統由低功耗單片機、流量計量電路、e2prom存儲電路、tm卡讀寫電路、lcd顯示控制電路、閥門控制檢測電路、電壓檢測電路、實時時鐘電路等組成。

1、單片機

　　作為tm卡水表控制系統核心部件的微控制器采用philips 51lpc系列中的p87lpc764單片機。這種單片機運行速度快、編程靈活、低功耗，自帶4k字節otp程序存儲器、128字節的ram，32字節用戶代碼區可用來存放序列碼及設置參數，并且具有豐富的i/o功能和較強的中斷能力，能夠很好地滿足tm卡水表控制系統高集成度、低成本、低功耗的要求。

2、e2prom存儲電路

　　在智能卡水表控制系統中，信息的存儲是非常重要的方面。因此，在本控制系統中，存儲器采用2k容量的串行cmos e2prom--cat24wc02，它是低電壓（1.8～6v）、低功耗、長壽命（一百萬次編程和擦除周期）的器件，采用i2c總線數據傳輸協議，使用方便。用來存儲總購水量、總用水量、上次購水量、卡號、水表狀態等信息。

3、tm卡讀寫電路

　　信息的載體--tm卡，采用單總線協議通訊，所有的讀寫操作均經一信號線（總線）和地線完成，所以讀寫電路極簡單。在次不做詳細闡述。

4、lcd顯示控制電路

　　lcd驅動器采用ht1621，它是128點、內存映象和多功能的lcd驅動器，特有的軟件配置特性使它適用于多種lcd應用場合，用于連接主控制器和ht1621的管腳只有4或5條。在本設計中，采用電阻和pnp三極管來控制ht1621的電源，降低功耗，延長lcd的使用壽命。lcd平時處于關閉狀態，當有tm卡插入、并確認有效卡或有其它狀況時，lcd開啟并顯示本次購水、已用水量、可用水量、閥門狀態等信息。

5、水量計量電路

　　水表的基表采用符合iso4064b標準的單流旋翼式冷水水表，技術參數如表1所示。該表計數機構與測量機構經磁耦合傳動，采用干簧管水量計量發訊，每流經10升水時產生一脈沖；表內設有磁保護裝置，具有較強的抗外磁干擾能力。水量計量脈沖通過由電容和電阻組成的防抖電路輸入單片機，每輸入一個脈沖，在存儲器中減去相應水量。

6、閥門控制檢測電路

　　閥門控制是水表控制系統中一個很敏感部分，關啟閥門的可靠性差，將會給供水部門帶來很大的問題。因此，我們自行設計了結構巧妙、關閉可靠、dc2.6-3.6v控制的電動陶瓷閥門，有效地解決閥門關閉不可靠問題。如圖3所示為電動閥門的正反控制電路，當正向端輸入高電平，反向端輸入低電平時，閥門開啟；反之，閥門閉合。當單片機p1.6口輸入低電平、p1.7口輸入高電平時，三極管q3、q5、q6導通，q2、q4、q7截止，故正向端（on）輸出高電平，反向端（off）輸出低電平，開啟閥門，開啟到位時，由單片機p1.5口輸入檢測信號，動作停止；反之，三極管q2、q4、q7導通，q3、q5、q6截止，正向端輸出低電平，反向端輸出高電平，關閉閥門，同樣由單片機p1.6口輸入關閉到位檢測信號。

7、電源電壓檢測電路

　　為提高水表運行的可靠性和安全性，采用分級電源電壓實時檢測，電壓實時檢測芯片采用rh5vl28和rh5vl30。當電源電壓正常時，芯片的vout腳為高電平；當電源電壓小于3.0v時，rh5vl30的vout腳輸出低電平，單片機檢測到該信號后，控制液晶顯示模塊顯示欠壓，并關閥警告，提示用戶更換電池；當電源電壓小于2.8v時，rh5vl28的vout腳輸出低電平，單片機檢測到該信號后，徹底關閥，直到用戶更換完電池。

8、電源及實時時鐘電路

　　單片機系統功耗的高低往往和電源電壓的大小成正比，因此在以電池供