通用型智能水量计量仪的研究与开发

论文摘要

目前,智能化水量计量仪表已经进入了快速发展的时期。为适应供水管理的信息化需求,研究和利用现代化智能技术对供水管理实行智能化改革,为供水部门提供更加便捷和现代化的管理方式,已势在必行。本文在研究水计量原理的基础上,针对大型工业用水的供水管理,提出了新的设计思路及方案。系统采用弯管流量计原理,结合了IC卡水表和无线传输式水表的优点,设计了一种基于MSP430超低功耗单片机和GSM网络的IC卡智能水量计量仪系统。本文设计并实现了通用型智能水量计量仪软硬件系统。通过IC卡技术实现用水的预付费功能解决了人工抄表水费征收难的问题,实现水量计量仪的智能化。仪表具有余水量不足自动报警功能和阀门自动控制功能。系统通过GSM网络以短信息的方式实现下位机智能仪表和上位机信息管理系统的通信,以实现智能仪表的网络化,使供水部门能够进行供水调度和监控。上位机管理及售水系统功能比较完善,方便供水部门管理人员操作使用。针对大型工业用水大口径大流量和对水质要求等特点,采用弯管流量计计量流量。在分析弯管流量计量原理的基础上,采用专门应用于检测的高性能单片机实现弯管流量计的信号采样及其流量公式的计算,并实现了通过仪表面板对其参数进行修正,使其具有通用性。仪表实现了水量查询、时钟设定和计量模型参数设定等功能。实验测试结果表明,本文设计的通用型智能水量计量仪系统运行稳定、计量准确,达到了预期的设计目标,具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外发展现状及智能水表分类
• 1.3 课题来源及主要内容
• 2 测量原理——弯管流量计原理
• 2.1 弯管流量计简介
• 2.2 弯管流量计的基本原理
• 2.3 理论流量公式的推导
• 2.3.1 自由涡流理论
• 2.3.2 强制涡流理论
• 2.4 弯管流量计的特点
• 2.5 本章小结
• 3 通用型智能水量计量仪系统硬件设计
• 3.1 系统总体设计
• 3.2 通用型智能水量计量仪系统工作原理
• 3.3 通用型智能水量计量仪的功能
• 3.4 通用型智能水量计量仪硬件模块划分
• 3.4.1 母板模块集
• 3.4.2 外围器件模块集
• 3.4.3 系统硬件原理框图
• 3.5 通用型智能水量计量仪硬件电路模块设计
• 3.5.1 主控芯片——MSP430F4250超低功耗单片机
• 3.5.2 电源模块
• 3.5.3 键盘显示模块设计
• 3.5.4 扩充存储模块电路设计
• 3.5.5 时钟模块电路设计
• 3.5.6 串口驱动电路设计
• 3.5.7 IC卡读卡器
• 3.5.8 GSM手机模块
• 3.5.9 模拟量、开关量输入输出
• 3.6 本章小结
• 4 通用型智能水量计量仪系统软件设计
• 4.1 下位机嵌入式软件系统
• 4.1.1 下位机嵌入式主程序流程设计
• 4.1.2 系统初始化
• 4.1.3 IC卡处理模块
• 4.1.4 键盘显示模块
• 4.1.5 水量计算处理模块
• 4.1.6 GSM短信息模块
• 4.2 上位机管理售水系统
• 4.2.1 计量管理系统
• 4.2.2 售水操作系统
• 4.3 本章小结
• 5 通用型智能水量计量仪系统测试
• 5.1 系统实验环境
• 5.2 通用型智能水量计量仪系统功能测试
• 5.2.1 通用型智能水量计量仪面板功能测试
• 5.2.2 系统采样测试
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 进一步工作及展望
• 致谢
• 参考文献