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基于PIC16F84的电磁阀式IC卡水表设计研究_图文

第3 4卷第 1 1期 
20 0 8年 1 月  1

电 子 工 程 师 
E E RON C E L CT I   NGI ER NE  

Vo . 4 No 1 1 3   .1  NO . 2 8 V 00  

基 于 PC 6 8 I 1 F 4的 电磁 阀 式 I C卡 水表 设 计研 究 
冯  静 
( 武汉理工大学计算机科学与技 术学院, 湖北省武汉市 40 6   30 1)
摘  要 : 用 现代 化 智能技 术 对 自来 水供 应 实行 自动 监控 , 利 不仅 是 适 应 国家 用水制 度 的 改 革 的 需 

要, 而且是解决供水部 门抄表收费过程 中所存在 系列 问题 的内在要 求。研 究开发的电磁 阀式 I c卡水  表能够满足上述功能要求。其硬件 电路 的核心部件是 PC 6 8 I 1F4可编程单 片机芯 片, 并配置有阀 门、   流量传感器、 I c卡读/ 写器等外部元件。软件设计上实现 了控制、 显示及报 警等功能, 芯片具有数据可  擦 写 次数 多 、 据保 持 时 间长等 优 点 。应 用该产 品 可 以把 即时 用水 即 时付 费变 成现 实 , 变 了先 用 水  数 改
后 收 费的 不合理 现 状 , 有利 于公 用 事业 的发展 。   关 键词 :I 1F4; PC 6 8 电磁 阀 ; I C卡水 表 
中图分 类号 : P 9   T 39

0 引

言 

1 I   C水表硬件 电路 
I c卡水表的工作原理是 : 用户将载有购水量等信  息的 I c卡插 人 水 表 , 表 内的单 片机 识 别 I 卡 c卡密 码 
并确 认无 误后 , 卡 中 的购 水 量 与 表 内的 剩余 水 量 相  将 加后 , 写人 卡 表 内存储 器 , 而 控制 电磁 阀开启 。用 水  进 过程 中 , 卡表 内剩 余 水 量相 应 减少 。当 剩余 水 量 少 于 


长期 以来 , 自来水 用 户 的用 水 量 管 理 依 靠 人 工 抄  表 , 后 由收 费员 到各 家 收 费或 各 用 户 到 指 定 地 点 缴  然 费 。这种传 统 的 收取水 费 的做 法需 要 的人 员多 , 时 、 费   费力 、 效率 低 、 常 出现 用 户 欠 缴 、 缴 或 漏 缴 水 费 等  常 迟
问题 。  

为适应 国家用 水 制 度 的 改 革 , 究 和 利 用 现 代 化  研 智 能技 术对 自来 水 实行 自动监 控 , 轻 供 水 部 门 因先   减

定 量 时 , 3Ⅱ时 , 如 f 卡表 报 警 , 示 用 户 购 水 。 当水  提

量用 完时 , 卡表 内的 电磁 阀 自动关 闭 , 停止 供水 。在 用  户 重 新购水 读 卡后 , 开 电磁 阀供 水 。 打  

供水后收费造成资金周转压力 , 减少每月抄表 、 收费带  来 的麻 烦 和 因收费 问 题 带 来 的 纠纷 , 现 代 化 科 技 手  用
段改 变 自来 水供 水管 理 体制 的落 后 现状 势在 必行 。   I C卡水 表 系 统 的 出现 , 根 本 上 解 决 了 上 述 问  从

I c卡计费水表主要 由阀门 、 流量传感器 、 单片机 、   I c卡读/ 器 、 写 显示 部分 等组 成 硬 件 电路 , 其结 构 如 下 
图 1所示 。  

题。I c卡的问世 , 不但 实现 了用水收 费的电子化 , 而  且改变了先用水后收费的不合理状况 , 使得供水部 门   能预 先 收取部 分 费用 , 利 于 公 用事 业 的发 展 。I 有 c卡  水表 具 有成 本低 、 靠性 高 、 可 使用 寿命 长及 安 全性 好 等 
优点 , 提高 居 民用水 收 费 的管理 水平 , 保供 水 部 门  可 确
能及 时 收取水 费 。  

按 照控 制 阀的结 构分 类 ,C卡水 表 可 分 为 电磁 阀  I 式卡 表 和 电机 阀式卡 表 。 电磁 阀式水 表 的优 点是 能耗 

图 1 I 卡 水 表 工 作 原 理 结 构 框 图    f

低、 可靠性好 , 缺点是对水质要求高 , 中的泥沙和异  水 物会影响电磁 阀的可靠性 ; 电机 阀式卡表是最近才 出   现的一种卡表 , 这种卡表的优点是对水质要求不高 , 缺 
点是 能耗 较大 、 靠性 差 、 的结 构复 杂 。 可 阀   本 文采 用 PC 6 8 I1 F4微 处 理 器 作 为 核 心 部 件 的 电 

I c卡水 表 的工 作 原 理结 构 框 图 中 主要 的控 制 部 
分有 以下几 部分 。  

a )微 处 理 器 。其 中核心 部件 PC 6 8 … 有 1个  I1F4 中央 处理 器 、 程序 存 储 器 、 据 寄存 器 及 2个 IO H' 数 /  o  

磁 阀式 I c卡水表为例 , 明 I 说 c卡水表的组成结构 、 工 
作 原 理及其 功 能 。  
收稿 日期 : 0 80 - 修 回 日期 : 0 8 81 。 20 -61 6; 20 - -   0 6

这种型号 的单 片机 的数据存 储器 的擦 写可达 100   0  00次 , 0 数据可保持 4 O年 以上 , I1F4有 8 的计  PC 6 8 位 数器 , 代码保证功能以及 S E P方式 , LE 以降低功耗 。   b )电磁 阀。对 于 水 表 而 言 , 电磁 阀是 被 控 对 象 ,  
控 制 着进 水 的开关 状态 , 常供 水情 况下 , 正 电磁 阀处 于 


7 . 5  

?

电子技术应用 ?  

电 子 工 程 师 

20 0 8年 1 月  1

常开状态 , 驱动机 构不 消耗 电能 , 只有 当购买 的吨位数  用完时 , 电磁 阀关 闭并 自锁 于常 闭状 态 。   c )流量传 感器 。是水 表 中的传感 器部 分 , 实现  是 正确计量 的基础 。考 虑到 现有模 拟式水 表 中旋翼 式水 

表结构简单 , 测量范围宽 , 灵敏度高 , 外形尺寸小 , 精确  度已被广大用户所接受 , 因此本水表设计 中的流量传 
感 器还是 基 于模 拟水 表 的旋翼式 结构 。   d C卡读 写器 。是 I )I c卡水表 的输入 接 口 , I  当 c 卡插入读 写器 时 , 首先读人 的是 卡 中的密码 , 以判断此 

卡的合法性 , 然后读人购水量并与水表 中剩余水量相 
加, 同时将 卡上 的购水 量 清 0 回写水 表 上 的用 水 量 、 ,   剩余水 量等信 息 , 以便下 次 购水时 自来水公 司读 取 , 实  现水表 信息 的 回馈 功能 。  

e )显示部分。作为水表的输出接 口, 显示剩余水 
量、 电池状态 和开 关 状 态等 信 息 。其 有 效 工作 时 间 都  比较 短 , 户看完 后 , 有必要 让它 一直 显示 , 用 没 为此 , 利  用水 表上 的防水 盖 提供 信 号 。 当盖 子 打开 时 , 它 们  使 进入 工作状 态 , 而当 盖子 盖 上 时 , 它们 停 止 工 作 , 使 从 
而达 到节 电的 目的 。   其 系统原理 图如 图 2所 示 。  
rF  

图 3 I 水 表 主 程 序 流 程    C

从 以上可 以看 出此 I C卡具有 以下 功能 :  

a 根 据所 购 水 量 , ) 自动 执 行 供 、 水 。 当用 户 将  停
所 购得 的水卡 插入 水表 时 , 内系统 确认 该卡有 效后 , 表  

自动打 开 阀门 , 进行 正 常供水 , 一旦 用水 量达到 水卡 的 
购 水量 , 水表 将 自动关 闭 阀门 , 断用水 。 切  

b 随 时 提 供 累计 用 水 量 、 月 用 水 量 及 可 用 水  ) 本 量 。为了便 于用户 及 时 掌握 用 水 情 况 , 户可 通 过水  用 表 的显 示查看 累计 用水 量 、 月用 水量及 可用水 量 。 本   c 具 有 自动报警 功 能 。为 提 示 用户 及 时 购水 , ) 当  用 水量 剩余 到一定 量 时 , 表 开始 通 过 指 示灯 闪 烁 等  水 方 式发 出报警 信 号 , 醒用户 及 时购水 。 提   d 具有 自动保 护 功 能 。 当水 表 拆 卸 时 , 内 自动  ) 表 保护系统将 自动关闭阀们 , 停止供水。  

3 结束语 
采用 I C卡水表 后可 以达 到 的下 列管 理 目标 :   a用 I 实现 预付 费 、 卡结 算 的 理 想 管 理模  ) c卡 持
图2 I   c卡水表 系统原理图 

式 , 根本上 杜绝 欠缴 、 缴漏 缴 水 费 的 现象 , 自来  从 迟 使
水公 司收 费及 时到位 。  

需要 强调 的是 水表 电源设 计 十分 重 要 , 为 家用  作 水 表 , 交直 流供 电方式 , 时水表 由交 流 电通 过表  采用 平 内 的小 型变压 器输 出供 电 , 备 用 的 电池 处 于 充 电状  而

b 减 轻 工作 人 员 的劳 动 强 度 , 少 现 金 交 易 , ) 减 减 
少人 为误差 。  

态。一旦停电, 水表就有内部备用电池供电。  

c 提供方便的统计查询功能 , 于全面、 ) 便 及时地  了解 情况 , 为决 策提供 依据 。   d 建立 自 ) 来水公 司计算机信息管理 网络系统 , 实  现对 自来水供应 、 自来水用户及 自 水公 司员工的科  来 学化 管理 , 自来 水公 司 的 日常 工作 和管理 流程化 、   使 自
动化 及科学 化 。  
参 考 文 献 

2 I   C水表软件设计 
I c卡水表 的软 件设计  关键 是 看 门狗 的初 始化 、   进 入 睡眠及其 唤醒 等 部 分 的处 理 。从 功 能 来 看 , 包括  I 的接 口模 块 、 门控制 模块 、 C卡 阀 流量 脉 冲 、 用水 量 处 
理模块 及显 示模块 等 。其流 程 图如 图 3所 示 。  

[ ]李东星 , 1 陈小 牧.PC 6 7 / I 1C 4单 片机应用 中问题  I I C 1PC 6 8
?

7 ? 6  

第3 4卷第 1 期  1



静: 基于 PC 6 8 I 1 F4的 电磁 阀式 I C卡水表设计 研究  京航 空航天大学 出版社 ,0 3 2 0 


?电子技术应用 ?  

和决策 [ ] J .电子技术 ,9 5 4 :23 . 19 ( ) 2 -5   [ ]马云峰 , 2 穆效 江.I c卡智 能 自来水 表 的设计 [ ]. J 自动 化  与仪器仪表 ,0 0 1 :85 . 20 ( )4 -0   [ ]沈卫红.单 片机应用 系统设 计实 例与分 析 [ .北京 : 3 M] 北 

静 ( 90 ) 女 , 17 一 , 博士研 究生, 师, 讲 主要研 究方向为 自  

动控 制、 图像 处 理 与 识 别 。  

De in o  C  r   a e   ee   s d o   C1 F8   sg   fI Ca d W t r M tr Ba e   n PI 6 4 M ir c n r le   c o o t o lr Chi s p 
F ENG  ig Jn  

( o eeo o p t  c n ea dT c n l y Wu a  nvri f C l g f m ue Si c n   eh oo , hn U iesyo  l C r e g t T c n lg ,Wu a  3 0  , hn ) eh ooy h n4 0 6 C i   1 a
Absr t Elcr ma n tc v l e I   a d wae   tri  n i tli e tme h d frwa e  u p y mo io i g  t ac : e to g e i  av   C c r   t rmee  sa  n elg n   t o  o   trs p l  n trn .

T e k y c mp n n s o   a d r   i u t o   e mee   r  r g a h   e   o o e t fh r wa e c r i   ft   tra e p o r mma l  I 6 8   c o o t l rc i s. h     c s h b e P C1 F 4 mir c n r l   h p T e oe
e tr lc mp n n s c n ito   av lo s n o /W  a d,a d S   n.Is f n t n   u h a   o to ,d s ly xe na  o o e t  o ss  fv l e,f w  e s r cr n  O o t  u c i s s c   s c n r l ip a   o

a d aa m  r   u t n b   o wa e d s n n   lr a e b i i   y s , r   e i .Daa o  h   h p   a   e ea e   n  i s n   a   lob   i — . g t  n t e c i sc n b   r s d ma y t me ,a d c n a s   e ma n  
t i e   ra l n  i .Th   r d c  k si p s i e t  s   tra   h r e t  e   e d n  n tn l a n d f    o g t o me e p o u tma e  t o sbl o u e wa e  nd c a g  hef e b   o e i sa ty,wh c     ih wo l   o ti u e t he d v lpme to   u lc u i te . u d c n rb t o t   e e o n  fp b i  t ii s l   Ke wor y ds:PI 6F8 C1 4;e e to g tc v le;I c r   tr mee   lc r ma nei  av C  a d wa e   tr

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( 上接 第 7 4页)  
[ ]金大元.微 电子机械 系统 ( MS 及其 在军事领域 的应用  3 ME ) [] J .通信对抗 , 0 7 4 :66 . 2 0 ( ) 5 -0   [ 4]WA G K,I C A R M, A Y K,t 1 A  l t s t i- N   SN L I  G R   e  . ne c oti z   a e r ac g
zgt nmi i   copi lsi h f   MS dsly [ ] a  as s v mi ot a wt  o ME   i as J . r se r c   c r p  
I EE AS  J u n l o  Mi r ee t me h nc l S se , E / ME o r a  f co l cr o c a ia  y t ms  

D v e2 0 ,7 2 :42 . ei ,0 1 1 ( ) 1 -5 c  

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[ ]李旭 辉.ME S发展应用 现状 [ ] 7 M J .传感器 与微系统 ,06 20  
( ) 79 5 : —.  

陈勇华 (9 7 ) 男, 1 7 一 , 工程师 , 主要从 事雷达技 术研究工作。  

2 0 1 ( ) 10 14 0 7,6 1 :4 ? . 5 

[ ]N glD J 5 ae  .ME : ir t h o g [ ] E E Cr i     MS m co e nl y J .I E   i ut  c o c s&

Ap l a i n o   EM S t   e t o i  n o m a i n p i to   fM c   o El c r n c I f r to  
CHEN  ng ua Yo h  

( a j gR sac ntueo lc o i  e h o g , aj g2 0 1 , hn ) N ni   eerhIstt f et nc T c n l n i   E r s o N ni   10 3 C ia  y n
Ab t a t W i  h   e p o   d a c d lr e s a e I   n fc u i g tc n l g ,ME  n e r td v r u   sr c : t t e h l  fa v n e   a g — c l  C ma u a t r  e h o o h n y MS i tg ae   a i s o
o i a ,me h n c l lc rc l c mp n n s n   e lz d ta iina  pt a — c a c le e tia i tg ai n, pt l c c a i a ,e e t a   o o e t a d r a ie   r d to l o i lme h nia — lc rc l ne r t   i c o mi i t iai n,d gtz t n a d i tli e tz t n,t u n awrz t o i iia i   n  n elg n iai o o h s,p e e t g a ne sa e i  l cr n c if r to   e d r s n n     w  tg  n ee to i n o mai n f l   i a  s mo e a d mo e p id n u o tv  i d ty, a r s a e n   o ump ie e e to is Thi  a e   nd i  r   n   r a pl  i a t mo ie n usr e e o p c  a d c ns tv   lc r n c . sp p r

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to i  o o e t o r nc c mp n n ,c mmun c t n,a t mo ie e e to i sa d c n u tv   lcr nis  ia i o u o t   lc r n c   n   o s mp i e e e to c . v

Ke w r s ire c o ca i lss m( MS ;R  i ut e sr uo t ee c o is o - y o d :m col t meh nc  yt ME ) F c c i;sno ;a t i  l t nc ;c n er a e r mo v e r  
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