水表實(shí)現(xiàn)方案

一、功能簡(jiǎn)述
1.正反轉(zhuǎn)識(shí)別
2.瞬時(shí)流量測(cè)量
3.脈沖當(dāng)量設(shè)定
4.液晶顯示累積流量、瞬時(shí)流量、當(dāng)前時(shí)間
5.按鍵控制顯示，調(diào)節(jié)脈沖當(dāng)量，調(diào)節(jié)時(shí)間
6.低電壓檢測(cè)、掉電保護(hù)
7.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

二、技術(shù)指標(biāo)
滿(mǎn)足各類(lèi)水表相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

三、原理框圖

水表包括流速采集、微控制器、電源管理、按鍵、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和液晶顯示幾部分組成

四、效果圖

五、實(shí)現(xiàn)方案
1.流速采集
MCU與LC9723定時(shí)(Δt時(shí)間段)通訊，既得Δt時(shí)間段內(nèi)的平均瞬時(shí)流量值Fi，即可得瞬時(shí)流速。根據(jù)各流量點(diǎn)的當(dāng)量ki(或叫做流量系數(shù))校正瞬時(shí)流量，可得到精確的瞬時(shí)流量kiFi。

2.累積流量
瞬時(shí)值的數(shù)字累加和即為累積流量，其計(jì)算公式為

式中W為累積流量，ki為流量系數(shù)，F(xiàn)i為瞬時(shí)流量。

3.電源管理
本設(shè)計(jì)采用低功耗設(shè)計(jì)，內(nèi)部設(shè)有電源電壓監(jiān)視和掉電保護(hù)電路，保證水表在掉電時(shí)能正確的將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器。

4.液晶顯示
由液晶通過(guò)按鍵循環(huán)顯示當(dāng)前的流速，當(dāng)前累積流量，當(dāng)前時(shí)間等數(shù)據(jù)

5.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
MCU把累積流量數(shù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，包括歷史月份累積流量，歷史幾天的累積流量

6.按鍵
按鍵采取五按鍵方式，只有一個(gè)按鍵露出表外，其余按鍵為嵌入式按鍵。按鍵的功能有，控制液晶顯示屏顯示不同的數(shù)據(jù)、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速當(dāng)量、調(diào)節(jié)RTC等。

7.流量曲線(xiàn)校正

基表的誤差曲線(xiàn)如上圖所示，圖中的粗線(xiàn)為誤差統(tǒng)計(jì)平均值，曲線(xiàn)的方程為y=y(x)，為了精確表達(dá)曲線(xiàn)方程，我們采取多段線(xiàn)擬合的方法描述即y=kix+bi，由于描述一條直線(xiàn)只需要兩點(diǎn)即可，所以在程序中用分立的點(diǎn)來(lái)逼近誤差曲線(xiàn)。在不同的流速區(qū)間有不同的k值和b值。為了把水表的誤差校正到最小，把測(cè)得的實(shí)際值加上校正值得到校正后的值，即y=y測(cè)量+y校正=y測(cè)量+kix+bi。

校正后的誤差如圖所示，可以看到，誤差僅與基表誤差曲線(xiàn)的分散性有關(guān),而且其量程比拓寬。


8.正反轉(zhuǎn)識(shí)別
葉片采用寬度不一的兩片金屬片相繼通過(guò)LC9723探頭，從而產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的占空比不一來(lái)區(qū)別正反轉(zhuǎn)的。原理如下


由此產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)如下


正轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)為


在每一個(gè)脈沖的上升沿，LC9723會(huì)輸出一個(gè)脈沖寬度為20us的窄脈沖，當(dāng)葉輪正轉(zhuǎn)時(shí)窄脈沖的出現(xiàn)是等時(shí)間間隔的，當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)，窄脈沖的出現(xiàn)是不等時(shí)間間隔的，因此正反轉(zhuǎn)的識(shí)別變得極其容易。

另外，該水表還具有脈沖喚醒功能。

六、程序流程