專利名稱：智能節(jié)水測控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種工業(yè)及農(nóng)業(yè)用地下水的計量、監(jiān)測及控 制裝置，具體地說是一種智能節(jié)水測控器。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全世界都面臨著淡水資源的短缺，如何有 效管理和利用有限的地下水資源成為世界各國政府的難題。在發(fā) 達(dá)國家，如德國和美國，由于經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)達(dá)，在合理計劃用水 方面投入巨資實施污水處理和水的多次循環(huán)利用，充分對水資源 進(jìn)行最大限度的利用。另外，這些發(fā)達(dá)國家也充分利用價格杠桿 來調(diào)節(jié)用水量和刺激節(jié)水工程實施。而像我國這樣水資源緊缺的 農(nóng)業(yè)大國和發(fā)展中國家，隨著工業(yè)進(jìn)步和糧食產(chǎn)量的需求增加， 用水需求也越來越大，同時也無法避免水污染的問題。所以加強(qiáng) 對有限的地下水資源的管理，使之能夠最大限度地服務(wù)于國民經(jīng) 濟(jì)就成為生產(chǎn)用水的重要問題。
在對水資源的使用上，地下水的使用占有相當(dāng)大的比重。在 我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，水費(fèi)的計收往往是粗略計算，或采用普通機(jī) 械式水表進(jìn)行計量及收費(fèi)，由于計量不準(zhǔn)及無制約措施，引發(fā)不 少水事糾紛，造成水費(fèi)收取困難、水資源嚴(yán)重浪費(fèi)。如何對生產(chǎn) 用地表水和地下水進(jìn)行科學(xué)有效地管理，既減少水資源的浪費(fèi)， 又使水資源費(fèi)用及時收回，成為我國生產(chǎn)用水亟待解決的問題。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)機(jī)械表計量不準(zhǔn)的不 足，提供一種以高性能的單片計算機(jī)為核心，應(yīng)用全工業(yè)級芯片 及射頻卡技術(shù)設(shè)計而成的智能節(jié)水控制器，該控制器能夠精確計
量用戶的用水或用電量；以非接觸式射頻卡為數(shù)據(jù)載體，提供一種高精度水費(fèi)計量及可靠控制設(shè)備，從而形成一種全數(shù)字化高智 能節(jié)水測控設(shè)備。
實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用以下技術(shù)方案 一種智能節(jié)水測控器，
其
核心采用單片MCU芯片，所述的單片MCU芯片的輸入、輸出端分 別與射頻卡讀寫電路、串口通訊電路連接，單片MCU芯片分別與、 驅(qū)動電路，電源電路、顯示電路連接。
采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本測控器以單片MCU 芯片為核心，采用射頻卡為數(shù)據(jù)載體，數(shù)據(jù)傳遞快速可靠，計量 準(zhǔn)確，具備防水、防潮、防攻擊、防磨損、防解密的特點(diǎn)。而且 該系統(tǒng)應(yīng)用簡便。適用溫度范圍寬環(huán)境溫度在-25。C-75。C范圍 內(nèi)都可正常工作；設(shè)備正常工作電壓范圍寬在三相 300VAC-450VAC，電機(jī)功率0-150KW范圍內(nèi)都能可靠地在野外環(huán)境
中長期工作。


圖l是本實用新型的連接框圖。
圖2、圖3、圖4是本實用新型的電源電路圖。
其中圖2是現(xiàn)場AC 380電源轉(zhuǎn)換成DC 13. 8V電源電路圖，
圖3是本實用新型的DC 13. 8V轉(zhuǎn)換成DC 5. 0V電路及后備電池充
電源電路圖，圖4是本實用新型的DC 13. 8V轉(zhuǎn)換成DC 24V電源
電路圖。
圖5是本實用新型顯示電路圖。 圖6 、圖7是本實用新型射頻卡讀寫電路圖。 圖8是本實用新型脈沖采集與AD轉(zhuǎn)換電路圖。 圖9是本實用新型的驅(qū)動電路圖。 圖IO是本實用新型的串口通訊電路圖。 圖11是本實用新型的MCU及時鐘電路圖。 圖12是本實用新型的接線圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的描述。
見圖1， 一種智能節(jié)水測控器，由7個部分組成，其核心采 用高性能單片MCU芯片，外圍由6個分體模塊電路組成。分別為 脈沖采集及AD轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、射頻卡讀寫電路、驅(qū)動電路、 電源電路、串口通訊電路。單片MCU芯片的輸入、輸出端分別與 射頻卡讀寫電路、串口通訊電路連接，單片MCU芯片分別與驅(qū)動 電路、電源電路連接，單片MCU芯片的顯示端與顯示電路連接。
下面分別介紹各個模塊的具體功能實施例。
實施例1電源電路
見圖2，圖3和圖4，電源電路由現(xiàn)場AC 380電源轉(zhuǎn)換成DC 13. 8V電路，DC 13. 8V轉(zhuǎn)換成DC 5. 0V電路及后備電池充電電路， DC 13.8V轉(zhuǎn)換成DC 24V電路組成。其中，現(xiàn)場AC 380電源轉(zhuǎn)換 成DC 13. 8V電路的DB1與380VAC/13VAC變壓器連接，變壓器的 輸出端與由二極管D1、 D2、 D3、 D4組成的整流電路連接，整流電 路的輸出端與DB2連接。圖3的DC 13. 8V轉(zhuǎn)換成DC 5. 0V電路及 后備電池充電電路是主板穩(wěn)壓電源。圖4是DC 13. 8V轉(zhuǎn)換成DC 24V 電路，它采用了 MC34063集成電路。
本電源電路主要特點(diǎn)是電源電壓范圍寬，工作電壓范圍是三 相AC 300V AC 450V，這樣就可以適用于工業(yè)及農(nóng)業(yè)，用電高峰 及非高峰時電網(wǎng)電壓的劇烈變化。
實施例2顯示電路，該顯示電路為液晶顯示接口電路。
見圖5，其液晶顯示器采用適用于-25°C-75。C現(xiàn)場環(huán)境的 LCM128645ZK或者LCM16032ZK漢字顯示工業(yè)級液晶顯示器。本實 用新型采用LCM128645ZK漢字顯示工業(yè)級液晶顯示器，其4、 5、 6 腳分別與DBS連接，20腳與三極管Q1連接，三極管Q1與DB5的 4腳連接。
實施例3射頻卡讀寫電路
圖6是射頻卡天線，該天線采用固定印刷電路板方式，保證 了讀寫頻率的一致性和穩(wěn)定性。圖7讀寫卡電路，采用高性能STC89C52/QFP單片機(jī)作為讀寫 控制用單片機(jī)，飛利浦MFRC500射頻卡讀寫芯片用于非接觸讀寫 操作。STC89C52/QFP單片機(jī)與MFRC500射頻卡讀寫芯片連接組成 讀寫卡電路。
因為該產(chǎn)品涉及到收費(fèi)、計量及結(jié)算，故產(chǎn)品的安全性為首 要問題，為了防止系統(tǒng)被用戶盜用或破解成為產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵， 采用具有16組密碼技術(shù)的fflILIPS Ml射頻卡，用戶可更改密碼 模式，保證每個系統(tǒng)采用不同的密碼。
PHILIPS Ml射頻卡的主要技術(shù)指標(biāo)
1、 容量為8K位EEPR0M
2、 分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)為4塊，每塊16個字節(jié)，以塊
為存取單位
3、 每個扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問控制
4、 每張卡有唯一序列號，為32位
5、 具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作
6、 無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路
7、 數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次
8、 工作溫度-20°C 50°C
9、 工作頻率13. 56MHZ
10、 通信速率106KBPS
11、 讀寫距離10mm以內(nèi) 實施例4脈沖采集與AD轉(zhuǎn)換電路 圖8脈沖采集與AD轉(zhuǎn)換電路。
采用業(yè)界著名的Microchip公司MCP3004高精度AD轉(zhuǎn)換器芯
片，
采用TI 74HC123作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。做到同時測量1路脈沖 水表，壓力傳感器4-20mA信號，液位計4-20mA信號，以及1路
開關(guān)報警信號。
實施例5驅(qū)動電路圖9驅(qū)動電路，采用松下公司220V/10A繼電器，由MCU-8p 作為輸出控制信號，DB11端子作為控制接觸器線圈端子。 實施例6串口通訊電路
圖10串口通訊電路，采用區(qū)X202E芯片作為RS-232收發(fā)電 路，MAX485ECPA作為RS-485通訊電路芯片，這樣保證了不同流量 儀表及3相電機(jī)保護(hù)器與控制器串行接口的兼容問題。
實施例7 MCU及時鐘電路
圖11， MCU及時鐘電路，主MCU采用STC89C54 U7高速及高 抗電磁干擾，DS1307U6作為實時時鐘芯片，為MCU提供高精度萬 年歷及精確到秒級的時鐘，按鈕開關(guān)S2， S3， S4， S5為設(shè)定開關(guān)， 對控制器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。X5045 U5芯片負(fù)責(zé)中間參數(shù)的存儲。
實施例8智能節(jié)水測控器接線圖
圖12智能節(jié)水測控器接線圖，GPRS部分為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸設(shè) 備，霍爾開關(guān)為開門報警傳感器，電機(jī)保護(hù)器負(fù)責(zé)對運(yùn)行中的電 機(jī)進(jìn)行實時的動態(tài)保護(hù)。接觸器負(fù)責(zé)控制水泵電機(jī)的啟動及停止。
本實用新型為全工業(yè)級芯片設(shè)計，產(chǎn)品的可靠工作溫度范圍 達(dá)到-25°C +70°C。全部電路裝于箱體內(nèi)，箱體采用冷壓板噴塑 工藝，從主控板到殼體都進(jìn)行了防潮設(shè)計及處理，保證相對濕度 90%的情況下系統(tǒng)的正常工作。
本測控器各部分職能與作用
見圖l所示
"電源電路"負(fù)責(zé)將現(xiàn)場AC 220V或AC 380V電源轉(zhuǎn)換成系 統(tǒng)工作用DC+12V電源以及DC +5V電源，以保證系統(tǒng)能夠在各種
供電廠和能夠正常工作。
"脈沖采集與AD轉(zhuǎn)換電路"負(fù)責(zé)將超聲波流量計、電磁流量 計、脈沖水表所發(fā)出的計量用脈沖信號采集并且經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換提供 給MCU可識別電平信號。
"射頻卡讀寫電路"負(fù)責(zé)對用戶Ml射頻卡所購水的數(shù)據(jù)進(jìn)行 讀入。"顯示電路"負(fù)責(zé)用漢字液晶方式顯示用戶的用水狀況，比如 累計用水量，剩余水量，瞬時流量，用戶電機(jī)電流、電壓等等。 "驅(qū)動電路"負(fù)責(zé)控制外部接觸器的開啟和關(guān)斷。
"串口通訊電路"負(fù)責(zé)主控MCU與外圍其它設(shè)備或監(jiān)控中心的 通訊。
本實用新型的工作過程
如圖12所示，本測控器接于用戶水泵前端，測控器內(nèi)部接觸 器直接控制水泵的啟停。水泵出水管道口接脈沖水表或超聲波流 量計或者電磁流量計等用水計量儀表。計量儀表的脈沖輸出端接
圖8測控器脈沖采集與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端DB7，用戶持Ml卡 到水務(wù)管理部門購水，所購水量存儲于M1卡中，用戶持卡到控制 器讀卡天線前劃卡，用戶所購水量存儲于測控器MCU中，測控器 液晶顯示電路顯示用戶所購水量，然后測控器內(nèi)部接觸器吸和， 用戶可以正常用水，每用1噸水，測控器內(nèi)部所購水量便減少1 噸，直到用戶所購水量用完，液晶顯示
器顯示剩余水量為0，測控器內(nèi)部驅(qū)動電路控制內(nèi)部接觸器斷開， 用戶不能用水，直到用戶持卡再次購水并劃卡后方可繼續(xù)使用。
如果水量計量儀表沒有累計脈沖輸出端口 ，我們就利用流量 計量儀表的串口通訊電路和流量計量儀表的串口進(jìn)行串行通訊采 集用水量，以便達(dá)到同樣的計量目的。另外該測控器的串行通訊 接口同時可以接GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊及電機(jī)保護(hù)器模塊，使得 管理者可以在任意地方通過無線數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控用戶的用水情 況及電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。
權(quán)利要求1、一種智能節(jié)水測控器，其核心采用單片MCU芯片，其特征在于，所述的單片MCU芯片的輸入、輸出端分別與射頻卡讀寫電路、串口通訊電路連接，單片MCU芯片分別與驅(qū)動電路、電源電路、顯示電路連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能節(jié)水測控器，其特征在于，顯 示電路采用適用于-25。C-75。C現(xiàn)場環(huán)境的LCM128645ZK或者 LCM16032ZK漢字顯示工業(yè)級液晶顯示器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能節(jié)水測控器，其特征在于，所 述的射頻卡讀寫電路的射頻卡是PHILIPS Ml射頻卡。
專利摘要一種智能節(jié)水測控器，屬于地下水的計量、監(jiān)測及控制裝置，其核心采用單片MCU芯片，所述的單片MCU芯片的輸入、輸出端分別與射頻卡讀寫電路、串口通訊電路連接，單片MCU芯片分別與驅(qū)動電路，電源電路、顯示電路連接。本測控器以單片MCU芯片為核心，采用射頻卡為數(shù)據(jù)載體，數(shù)據(jù)傳遞快速可靠，計量準(zhǔn)確，具備防水、防潮、防攻擊、防磨損、防解密的特點(diǎn)。而且該系統(tǒng)應(yīng)用簡便。適用環(huán)境溫度及工作電壓范圍寬，可在野外環(huán)境中長期工作。
文檔編號G05B19/04GK201222189SQ20082007789
公開日2009年4月15日 申請日期2008年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月12日
發(fā)明者華 楊 申請人:唐山同創(chuàng)偉業(yè)電子有限公司