CN108986325B

CN108986325B - 一种基于rf芯片的智能水表计量控制系统

Info

Publication number: CN108986325B
Application number: CN201810626526.9A
Authority: CN
Inventors: 郑蒙福; 全海燕
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2038-06-19
Also published as: CN108986325A

Abstract

本发明涉及一种基于RF芯片的智能水表计量控制系统，属于RF芯片智能控制技术领域。本发明包括流量传感器、脉冲提取电路、RF读写电路、电源电路、单片机系统、液晶显示电路、报警电路、电磁阀控制电路；流量传感器与脉冲提取电路连接，脉冲提取电路、RC读写电路、电源电路分别与单片机系统连接，单片机系统分别与液晶显示电路、报警电路、电磁阀控制电路连接，单片机系统包括单片机芯片STC89C52。本发明与现有技术相比，具有实现成本低、使用方便、安全性高、计费准确等优点。

Description

一种基于RF芯片的智能水表计量控制系统

技术领域

本发明涉及一种基于RF芯片的智能水表计量控制系统，属于RF芯片智能控制技术领域。

背景技术

我国是人口大国，用水量因此不容小觑，水表的使用也是一件值得关心与改善的问题。虽然我国水表种类繁多，但产品技术含量普遍较低，不能有效解决供水部门的成本问题，甚至会引起社会纠纷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于RF芯片的智能水表计量控制系统实现，以用于解决传统供水部门存在的管理成本及有效性问题和用户的体验问题，增加水表系统的有效性、便捷性。

本发明采用的技术方案是：一种基于RF芯片的智能水表计量控制系统，包括流量传感器1、脉冲提取电路2、RF读写电路3、电源电路4、单片机系统5、液晶显示电路6、报警电路7、电磁阀控制电路8；流量传感器1与脉冲提取电路2连接，脉冲提取电路2、RC读写电路3、电源电路4分别与单片机系统5连接，单片机系统5分别与液晶显示电路6、报警电路7、电磁阀控制电路8连接，单片机系统5、包括单片机芯片STC89C52。

具体地，所述的流量传感器1包括流量计J2，脉冲提取电路2包括电阻R27、电容C14、电容C15、电容C19、电容C20、晶振X1；流量计J2的端口1接电阻R27的一端，电阻R27另一端分别与电容C19的一端相连后接地构成滤波电路、与单片机系统5的INT1接口相连接；流量计J2的端口2与电容C14、电容C15、晶振X1所构成的晶振电路的一侧相连接，电容C14另一端、晶振X1的一端接单片机芯片STC89C52的X2接口，电容C15另一端、晶振X1的另一端接单片机芯片STC89C52的X1接口，流量计J2的端口3分别接B5V、电容C20的一端，电容C20的另一端接地。

具体地，所述的RC读写电路3包括：芯片RFID—RC522、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；RFID—RC522的MFSDA端口接电阻R8后接单片机芯片STC89C52的P13接口，RFID—RC522的MFSCK端口接电阻R9后接单片机芯片STC89C52的P14接口，RFID—RC522的MFMOSI端口接电阻R10后接单片机芯片STC89C52的P15接口，RFID—RC522的MFMISO端口接电阻R11后接单片机芯片STC89C52的P16接口，RFID—RC522的MFRST端口接电阻R12后接单片机芯片STC89C52的P17接口。

具体地，所述的电源电路4包括：降压电路、稳压电路；

所述降压电路包括：电源POWER、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C11、降压转换器MP2456、SWPA4030S330NT电感L1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、SS14二极管D1；电源POWER的1接口接地GND，3接口分别接电容C1的一端、电容C2的一端和降压转换器MP2456的IN接口；电容C1、电容C2的另一端接地GND；降压转换器MP2456的使能端EN接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接+12V；降压转换器MP2456的接地端接地GND，开关控制脚SW分别接电容C3的一端、电感L1的一端和SS14二极管的阴极，自升压脚BST接电阻R1的一端，反相输入端FB分别接分压电阻R2的一端、电阻R3的一端和电容C11的一端；电阻R1的另一端与电容C3的另一端连接，二极管的阳极接地，电感L1的另一端分别接电容C4、C5、C6的一端和电阻R3、电容C11的另一端，电容C4、C5、C6的另一端分别接地GND；

所述稳压电路包括：稳压器ASM1117、极性电容C7、电容C8、极性电容C9、电容C10；稳压器ASM1117的输入端Vin接极性电容C7的正极和电容C8的一端，稳压器ASM1117的输出端Out接极性电容C9的正极和电容C10的一端；稳压器ASM1117的接地端GND、电容C7、C8、C9、C10的另一端接地GND。

具体地，所述的单片机系统5还包括：复位电路、滤波电路，所述的单片机芯片STC89C52的RESET端口与复位电路连接、VCC端口与滤波电路连接；

所述的复位电路包括：电阻R7、电阻R13、电阻R14、电阻R15、三极管S8550、电容C13；电阻R7一端接B5V和三极管S8550的发射极E，另一端接三极管S8550的基极B和电阻R14的一端；电阻R14的另一端分别接电阻R15的一端、电容C13的一端和地GND；电容C15的另一端分别接三极管S8550的集电极C、电阻R13的一端；电阻R13的另一端分别接单片机芯片STC89C52的RESET接口和电容C13的另一端；

所述的滤波电路包括：极性电容E1、瓷片电容C12、B5V、地GND；极性电容E1的正极分别接单片机芯片STC89C52的VCC端口、B5V和电容C12的一端，极性电容E1的负极分别接电容C12的另一端和地GND。

具体地，所述的液晶显示电路6包括：液晶显示LCD、电阻R5、电阻R6、B5V、地GND；LCD的GND接口接地GND；LCD的VO端口接电阻R5后接地GND，LED-端口接电阻R6后接地GND；LCD的VCC端口、LED+端口接B5V；LCD的RS、RW、E、DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7接口分别接单片机芯片STC89C52的P10、P11、P12、P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06、P07接口；采用LCD1602显示屏来显示总水费、水表余额和卡内余额。

具体地，所述的报警电路7包括：蜂鸣器报警电路和LED报警电路；

所述的蜂鸣器电路包括：电阻R17、电阻R18、电阻R23、电阻R24、蜂鸣器BELL、NPN型三极管S8050、极性电容E2；电阻R17一端接电源+12V，另一端分别接极性电容E2的正极、电阻R18的一端、蜂鸣器BELL的一端；极性电容E2的负极接地GND、电阻R18的另一端接蜂鸣器的另一端、NPN型三极管S8050的集电极C；NPN型三极管S8050的基极B接电阻R23的一端、电阻R24的一端，NPN型三极管S8050的发射极E接电阻R24的另一端、地GND；R23的另一端接单片机芯片STC89C52的P24端口；

所述的LED报警电路包括：发光二极管D2、发光二极管D3、光二极管D4；发光二极管D2、发光二极管D3、光二极管D4的阳极共接电源B5V，发光二极管D2的阴极接单片机芯片STC89C52的P20接口，发光二极管D3的阴极接单片机芯片STC89C52的P21接口，发光二极管D4的阴极接单片机芯片STC89C52的P22接口。

具体地，所述的电磁阀控制电路8包括：电磁阀J3、二极管D5、二极管D6、三极管Q2、继电器；电磁阀J3的一端接二极管D5的阴极、+12V，电磁阀J3的另一端接二极管D5的阳极、继电器的开关K1；继电器一端接三极管Q2的集电极C、二极管D6的阴极，继电器的另一端接二极管D6的阳极、单片机芯片STC89C52的GND接口、地GND、开关S1的一端；开关S1的另一端接单片机STC89C5的P37/RD接口；；三极管Q2的基极B接电阻R19后接单片机芯片STC89C52的接口P23，发射极E接单片机芯片STC89C52的EA/VP接口、B5V。

本发明的有益效果是：本发明支持用水量与余额的实时采集与显示，支持供水公司对供水量的修改，也支持供水方对计费模式的更改，本发明与现有技术相比，主要解决了供水公司对于用水管理的不便，增加了供水方管理的有效性，增加与用户实时共享数据的便利性。

附图说明

图1 为本发明的总体连接结构图；

图2 为本发明电源电路中降压电路原理图；

图3为本发明电源电路中稳压电路原理图；

图4 为本发明单片机系统及部分连接电路的电路原理图；

图5为本发明单片机系统复位电路原理图；

图6 为本发明报警电路中蜂鸣器报警电路原理图；

图7 为本发明报警电路中LED报警电路原理图。

图中各标号：1-流量传感器、2-脉冲提取电路、3-RF读写电路、4-电源电路、5-单片机系统、6-液晶显示电路、7-报警电路、8-电磁阀控制电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-7所示，一种基于RF芯片的智能水表计量控制系统，包括流量传感器1、脉冲提取电路2、RF读写电路3、电源电路4、单片机系统5、液晶显示电路6、报警电路7、电磁阀控制电路8；流量传感器1与脉冲提取电路2连接，脉冲提取电路2、RC读写电路3、电源电路4分别与单片机系统5连接，单片机系统5分别与液晶显示电路6、报警电路7、电磁阀控制电路8连接，单片机系统5、包括单片机芯片STC89C52，采用单片机芯片STC89C52作为主控芯片来控制整个系统。

进一步地，所述的流量传感器1包括流量计J2，脉冲提取电路2包括电阻R27、电容C14、电容C15、电容C19、电容C20、晶振X1；流量计J2的端口1接电阻R27的一端，电阻R27另一端分别与电容C19的一端相连后接地构成滤波电路、与单片机系统5的INT1接口相连接；流量计J2的端口2与电容C14、电容C15、晶振X1所构成的晶振电路的一侧相连接，电容C14另一端、晶振X1的一端接单片机芯片STC89C52的X2接口，电容C15另一端、晶振X1的另一端接单片机芯片STC89C52的X1接口，流量计J2的端口3分别接B5V、电容C20的一端，电容C20的另一端接地。

进一步地，所述的RC读写电路3包括：芯片RFID—RC522、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；RFID—RC522的MFSDA端口接电阻R8后接单片机芯片STC89C52的P13接口，RFID—RC522的MFSCK端口接电阻R9后接单片机芯片STC89C52的P14接口，RFID—RC522的MFMOSI端口接电阻R10后接单片机芯片STC89C52的P15接口，RFID—RC522的MFMISO端口接电阻R11后接单片机芯片STC89C52的P16接口，RFID—RC522的MFRST端口接电阻R12后接单片机芯片STC89C52的P17接口。各电阻的作用为限流保护；芯片RFID-RC522的主要功能是进行数据的读写。

进一步地，所述的电源电路4包括：降压电路、稳压电路；

所述降压电路包括：电源POWER、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C11、降压转换器MP2456、SWPA4030S330NT电感L1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、SS14二极管D1；电源POWER的1接口接地GND，3接口分别接电容C1的一端、电容C2的一端和降压转换器MP2456的IN接口；电容C1、电容C2的另一端接地GND；降压转换器MP2456的使能端EN接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接+12V；降压转换器MP2456的接地端接地GND，开关控制脚SW分别接电容C3的一端、电感L1的一端和SS14二极管的阴极，自升压脚BST接电阻R1的一端，反相输入端FB（脚3）分别接分压电阻R2的一端、电阻R3的一端和电容C11的一端；电阻R1的另一端与电容C3的另一端连接，二极管的阳极接地，电感L1的另一端分别接电容C4、C5、C6的一端和电阻R3、电容C11的另一端，电容C4、C5、C6的另一端分别接地GND。

MP2456的反相输入端FB（脚3）通过外接分压电阻R2、R3监视输出电压，输出电压Vout = 0.812（1+R3/R2），由于输出电压Vout为5V，因此，此处推荐R2为23.7K；R3为124K，当反馈环路不稳定的时候，可以加装C11电容进行调整，C3为自举电容，根据规格书一般推荐为100nF，当不要求过骚扰功率的时候，R1推荐为0R，当要求过骚扰功率的时候， R1推荐为150R，VIN=12V, Vout=5V，△IL = Iout*r =0.15A（按照r=0.3，Iout=0.5A），fsw = 1.2MHz，则： L= 16.2uH，由于各器件参数均存在误差，实际选型感量时要考虑足够余量，所以按照标准电感感量，推荐感量33uH。三个电容C4、C5、C6的主要作用是为了输出电压的纹波和反馈电路的稳定。

进一步地，所述的单片机系统5还包括：复位电路、滤波电路，所述的单片机芯片STC89C52的RESET端口与复位电路连接、VCC端口与滤波电路连接；

所述的滤波电路包括：极性电容E1、瓷片电容C12、B5V、地GND；极性电容E1的正极分别接单片机芯片STC89C52的VCC端口、B5V和电容C12的一端，极性电容E1的负极分别接电容C12的另一端和地GND。滤波电路的作用主要是用来去耦滤波。

进一步地，所述的液晶显示电路6包括：液晶显示LCD、电阻R5、电阻R6、B5V、地GND；LCD的GND接口接地GND；LCD的VO端口接电阻R5后接地GND，LED-端口接电阻R6后接地GND；LCD的VCC端口、LED+端口接B5V；LCD的RS、RW、E、DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7接口分别接单片机芯片STC89C52的P10、P11、P12、P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06、P07接口；采用LCD1602显示屏来显示总水费、水表余额和卡内余额。

进一步地，所述的报警电路7包括：蜂鸣器报警电路和LED报警电路；

进一步地，所述的电磁阀控制电路8包括：电磁阀J3、二极管D5、二极管D6、三极管Q2、继电器；电磁阀J3的一端接二极管D5的阴极、+12V，电磁阀J3的另一端接二极管D5的阳极、继电器的开关K1；继电器一端接三极管Q2的集电极C、二极管D6的阴极，继电器的另一端接二极管D6的阳极、单片机芯片STC89C52的GND接口、地GND、开关S1一端；开关S1的另一端接单片机STC89C5的P37/RD接口；三极管Q2的基极B接电阻R19后接单片机芯片STC89C52的接口P23，发射极E接单片机芯片STC89C52的EA/VP接口、B5V。

本发明的工作原理是：流量传感器1和脉冲提取电路2：当有水流产生时，流量传感器1将采集的水流信号通过脉冲提取电路2转化为计量脉冲发送到单片机系统5中进行处理。RC读写电路：用于读取用户水卡上的信息，采用 RFID-RC522读写芯片。RF芯片的读卡器发出一组固定频率的电磁波，与卡内部的LC振荡电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。电源电路：采用降压器MP2456稳压器ASM1117，经过此电源电路，将外接电源转化为单片机系统和其它电路所需的电压。具体地，MP2456的反相输入端FB（脚3）通过外接分压电阻R2、R3监视输出电压，输出电压Vout = 0.812（1+R3/R2），由于输出电压Vout为5V，因此，此处推荐R2为23.7K；R3为124K，当反馈环路不稳定的时候，可以加装C11电容进行调整，C3为自举电容，根据规格书一般推荐为100nF,当不要求过骚扰功率的时候，R1推荐为0R，当要求过骚扰功率的时候， R1推荐为150R，VIN=12V, Vout=5V，△IL = Iout*r=0.15A（按照r=0.3，Iout=0.5A），fsw = 1.2MHz，则： L= 16.2uH，由于各器件参数均存在误差，实际选型感量时要考虑足够余量，所以按照标准电感感量，推荐感量33uH。三个电容C4、C5、C6的主要作用是为了输出电压的纹波和反馈电路的稳定。液晶显示电路：采用了LCD1602显示屏来显示总水费、水表余额和RF卡余额。具体地，在用水时，单片机系统接收到的用水脉冲信号后，通过相应的计费模式，对用户数据进行实时更新，并在LCD显示屏上实时显示；在RC读写时，可以实时显示用户用水量、金额信息。报警电路：利用LED和蜂鸣器实现报警功能，用来防拆卸和提醒用户交水费。当有人进行拆卸，或者其他非正常使用而触动防拆卸开关，该信号会传送到主芯片内，经过处理发出低电平信号，此时三极管导通蜂鸣器发出报警声响，与此同时 LED 灯点亮配合报警。另外，当水表余额为 0或到达设定阈值之后，LED 灯和蜂鸣器报警，提醒用户及时充值购水。电磁阀控制电路：在工作过程中，通过判断电压情况、流量信号是否产生、用户卡内余额是否充足、水表是否正常使用等情况，来控制阀门开关。用户首先对水表进行水费充值，然后检测到用户卡内存有水量数据，并且在电压稳定、水表正常使用的情况下，单片机系统5控制电磁阀打开。具体地，电磁阀打开，有水流经过，流量传感器1和脉冲提取电路2把水流量物理信号转换为数据信息发送到单片机系统5中，同时单片机系统5接到数据传输，经过一系列处理然后控制 LCD 显示，并进行相应的扣水处理。当可用水量额度小于设定值，蜂鸣器会报警，并且单片机系统5控制电磁阀关闭，直到有新的充值水量为止。若在电压不稳、非正常使用情况下，电磁阀一直保持关闭。

本发明采用 RF芯片智能水表给供水部门和用水户带来了很大的便利，并且有效的解决了供水部门管理成本的问题，大大提高了工作效率也降低了成本；同时也为用户带来了方便，避免了不必要的社会纠纷。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

1.一种基于RF芯片的智能水表计量控制系统，其特征在于：包括流量传感器（1）、脉冲提取电路（2）、RF读写电路（3）、电源电路（4）、单片机系统（5）、液晶显示电路（6）、报警电路（7）、电磁阀控制电路（8）；流量传感器（1）与脉冲提取电路（2）连接，脉冲提取电路（2）、RC读写电路（3）、电源电路（4）分别与单片机系统（5）连接，单片机系统（5）分别与液晶显示电路（6）、报警电路（7）、电磁阀控制电路（8）连接，单片机系统（5）包括单片机芯片STC89C52；

所述的流量传感器（1）包括流量计J2，脉冲提取电路（2）包括电阻R27、电容C14、电容C15、电容C19、电容C20、晶振X1；流量计CON3的端口1接电阻R27的一端，电阻R27另一端分别与电容C19的一端相连后接地构成滤波电路、与单片机系统（5）的INT1接口相连接；流量计J2的端口2与电容C14、电容C15、晶振X1所构成的晶振电路的一侧相连接，电容C14另一端、晶振X1的一端接单片机芯片STC89C52的X2接口，电容C15另一端、晶振X1的另一端接单片机芯片STC89C52的X1接口，流量计J2的端口3分别接B5V、电容C20的一端，电容C20的另一端接地；

所述的RC读写电路（3）包括：芯片RFID—RC522、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；RFID—RC522的MFSDA端口接电阻R8后接单片机芯片STC89C52的P13接口，RFID—RC522的MFSCK端口接电阻R9后接单片机芯片STC89C52的P14接口，RFID—RC522的MFMOSI端口接电阻R10后接单片机芯片STC89C52的P15接口，RFID—RC522的MFMISO端口接电阻R11后接单片机芯片STC89C52的P16接口，RFID—RC522的MFRST端口接电阻R12后接单片机芯片STC89C52的P17接口；

所述的电源电路（4）包括：降压电路、稳压电路；

所述稳压电路包括：稳压器ASM1117、极性电容C7、电容C8、极性电容C9、电容C10；稳压器ASM1117的输入端Vin接极性电容C7的正极和电容C8的一端，稳压器ASM1117的输出端Out接极性电容C9的正极和电容C10的一端；稳压器ASM1117的接地端GND、电容C7、C8、C9、C10的另一端接地GND；

所述的单片机系统（5）还包括：复位电路、滤波电路，所述的单片机芯片STC89C52的RESET端口与复位电路连接、VCC端口与滤波电路连接；

所述的滤波电路包括：极性电容E1、瓷片电容C12、B5V、地GND；极性电容E1的正极分别接单片机芯片STC89C52的VCC端口、B5V和电容C12的一端，极性电容E1的负极分别接电容C12的另一端和地GND；

所述的液晶显示电路（6）包括：液晶显示LCD、电阻R5、电阻R6、B5V、地GND；LCD的GND接口接地GND；LCD的VO端口接电阻R5后接地GND，LED-端口接电阻R6后接地GND；LCD的VCC端口、LED+端口接B5V；LCD的RS、RW、E、DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7接口分别接单片机芯片STC89C52的P10、P11、P12、P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06、P07接口；采用LCD1602显示屏来显示总水费、水表余额和卡内余额；

所述的报警电路（7）包括：蜂鸣器报警电路和LED报警电路；

所述的LED报警电路包括：发光二极管D2、发光二极管D3、光二极管D4；发光二极管D2、发光二极管D3、光二极管D4的阳极共接电源B5V，发光二极管D2的阴极接单片机芯片STC89C52的P20接口，发光二极管D3的阴极接单片机芯片STC89C52的P21接口，发光二极管D4的阴极接单片机芯片STC89C52的P22接口；

所述的电磁阀控制电路（8）包括：电磁阀J3、二极管D5、二极管D6、三极管Q2、继电器、开关S1；电磁阀J3的一端接二极管D5的阴极、+12V，电磁阀J3的另一端接二极管D5的阳极、继电器的开关K1；继电器一端接三极管Q2的集电极C、二极管D6的阴极，继电器的另一端接二极管D6的阳极、单片机芯片STC89C52的GND接口、地GND、开关S1一端；开关S1的另一端接单片机STC89C5的P37/RD接口；2三极管Q2的基极B接电阻R19后接单片机芯片STC89C52的接口P23，发射极E接单片机芯片STC89C52的EA/VP接口、B5V。