红外遥控预付费水表的设计
发布日期：2013-04-16 浏览次数 ：1451
摘要:针对IC卡水表应用于工业环境时存在的不足之处,提出了一种基于红外遥控的预付费水表的设计方案.从上位PC机通信电路、红外发送与接收电路以及电源模块等几个方面详细介绍了该水表系统硬件部分的实现方法.此外简要介绍了系统的软件设计以及红外通信硬件抗干扰措施.
现有的IC卡预付费水表解决了传统供水收费方式中存在的工作量大、工作人员多、收费周期长、收费困难、效率低下等缺点,从根本上改变了用户先用水后付水费的状况,为加强自来水使用的监督管理提供了手段.但IC卡水表上留有插口,易进杂物和遭到腐蚀,同时水表上的液晶显示屏的耐腐性也很差,导致IC卡水表不适用于工作环境差的工厂及企事业单位,尤其是不适用于窨井之类潮湿度大的环境.本文介绍的红外遥控预付费水表通过将液晶显示屏安置于遥控器上,以红外线为传输介质,不仅可以从根本上解决IC卡水表目前存在的问题,而且可以扩大信息传送距离,减轻工作负担,从而为节约用水、合理用水提供技术支持.
1 红外遥控预付费水表概述
红外遥控预付费水表的系统功能如下:(a)信息传输功能,通过上位PC机对遥控器进行读、写操作,利用遥控器实现信息传输;(b)查询功能,用户可以随时利用遥控器查询剩余水量,水量数值在遥控器上的液晶显示屏显示;(c)流量计算功能,根据付费数额和用水情况,通过MCU进行流量计算并控制水路的通断;(d)报警功能,剩余水量低于某一设定值时,流量计以某一设定方式报警提示用户进行充值.报警方式可以是发出声信号,光信号或短暂的停水.
该水表系统的管理方式如图1所示.系统由上位机、遥控器、流量计、MCU、电磁阀等组成.用户到自来水公司付费购水后便可将存储水量的遥控器对准流量计,按动按钮进行水量传输,MCU接收红外信号读取水量后,发控制信号清空遥控器中的水量数据,同时开启电磁阀接通水路,允许用户用水.流量计通过计量装置将水量信号转换为电脉冲信号,脉冲信号输入到MCU中进行水量计量.随着用户用水量的增加,流量计内水量数值逐渐减少,当水量达到某一数值时,提示用户付费充值,否则一旦水量用完,系统将关闭电磁阀禁止用水,直到用户付费后,再次开启电磁阀允许用水.本系统实行一户一表一遥控器.
2 红外遥控预付费水表的硬件设计
2.1 上位PC机串口通信的硬件实现
上位PC机与遥控器之间串行通信总线标准采用美国电子工业协会(EIA)正式公布的RS-232C.由于RS-232C是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准,其逻辑电平对地是对称的,与TTL,MOS逻辑电平完全不同.逻辑0电平规定为+5～+15之间,逻辑1电平为-5～-15之间,因此,RS-232C驱动器与TTL电平连接必须经过电平转换.MAXIM公司生产的MAX232是单片集成双RS-232发送/接收器,适用于各种EIA-232C和V.28/V.
24的通信接口.该芯片内部有一个电源电压变换器,可以把+5 V电源变换成RS-232C所需电平.采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5 V电源.其适应性强,价格适中,接口简单,应用广泛.通信接口原理如图2所示.
2.2 遥控器的硬件实现
遥控器的电路原理如图3所示,其中MCU选用ATMEL公司的AT89C2051产品,该产品与MCS-51单片机兼容,含80C51核,工作电压2. 7～6. 0 V,内置128字节RAM、2 K字节闪速存储器、15条可编程I/O口线、5个中断矢量、1个编程全双工串行口,1个模拟比较器,提供待机和掉电两种省电工作方式,具有优异的性能价格比.
从数据的安全性考虑,串行E2PROM选用美国Xicor公司生产的X25045[1].该芯片将看门狗定时器、复位控制和E2PROM集成在单个8引脚封装的器件内,具有SPI总线接口,512×8位串行E2PROM,工作电压2.7～5.5 V,提供不少于105次的使用期限和zui小100年的数据保存期.此外,还具有低电源电压检测、低功耗、数据传送速率快、块锁定、片内异常事件写保护等特点.
数据的传输依赖于红外发射/接收电路.红外发射电路中,D1为红外发光二管,在此选用圆形封装的发光管,其视角小,发射距离远.为增加发光强度,可以放置两个红外发光二管.T1为PNP型三管,起放大作用,为发光二管提供较大的工作电流.TXD输出的二进制码经32.768 K的载波进行调制,以增加码的空度比,达到降低电源功耗的目的.红外接收电路中,红外接收器采用JRC公司推出的NJL41系列一体化红外接收器NJL41V328[2],该器件集红外线接收和放大于一体,不需要任何外接元件,就能完成红外线从接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作.其电源电压为4.7～5.3 V,zui小遥控距离为8 m,输出口可接MCU串行输入口,没有串口的MCU也可接中断口,用软件完成串行数据的接收.
为提供满足要求的、稳定的工作电源电压,选用MAXIM公司生产的DC-DC集成电路MAX731,该产品通过两节5号电池即能产生5 V、200 mA的直流电.电路原理如图4所示.
显示电路为串口LCD字段式显示器,数据线和时钟线分别接MCU的P3.4口和P3.5口.由P3.7口引出的发光二级管D2作为工作指示灯.
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