水表實現(xiàn)方案

一、功能簡述
1.正反轉(zhuǎn)識別
2.瞬時流量測量
3.脈沖當量設(shè)定
4.液晶顯示累積流量、瞬時流量、當前時間
5.按鍵控制顯示，調(diào)節(jié)脈沖當量，調(diào)節(jié)時間
6.低電壓檢測、掉電保護
7.數(shù)據(jù)存儲

二、技術(shù)指標
滿足各類水表相關(guān)標準

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)存儲和液晶顯示幾部分組成

四、效果圖

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

2.累積流量
瞬時值的數(shù)字累加和即為累積流量，其計算公式為

式中W為累積流量，ki為流量系數(shù)，F(xiàn)i為瞬時流量。

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

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

5.數(shù)據(jù)存儲
MCU把累積流量數(shù)存入數(shù)據(jù)存儲器，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)速當量、調(diào)節(jié)RTC等。

7.流量曲線校正

基表的誤差曲線如上圖所示，圖中的粗線為誤差統(tǒng)計平均值，曲線的方程為y=y(x)，為了精確表達曲線方程，我們采取多段線擬合的方法描述即y=kix+bi，由于描述一條直線只需要兩點即可，所以在程序中用分立的點來逼近誤差曲線。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，把測得的實際值加上校正值得到校正后的值，即y=y測量+y校正=y測量+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的分散性有關(guān),而且其量程比拓寬。


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


由此產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)脈沖信號如下


正轉(zhuǎn)脈沖信號為


在每一個脈沖的上升沿，LC9723會輸出一個脈沖寬度為20us的窄脈沖，當葉輪正轉(zhuǎn)時窄脈沖的出現(xiàn)是等時間間隔的，當反轉(zhuǎn)時，窄脈沖的出現(xiàn)是不等時間間隔的，因此正反轉(zhuǎn)的識別變得極其容易。

另外，該水表還具有脈沖喚醒功能。

六、程序流程