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流量的概念： 是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量。分为体积流量和质量流量，质量流量M=体积流量Q *流体密度ρ。质量流量的常用单位有：kg/h、t/h等，体积流量的常用单位有：l/h、m3/h等。 流体流动状态的分类： A、层流（雷诺数Re〈2300） B、过渡流（2300〈Re〈4000） C、紊（湍）流（雷诺数Re〉4000）。雷诺数是指流体惯性力与粘性力的比值。 与流体有关的物理参数：温度、压力、密度、粘度、速度、流量等。 流体的密度与温度、压力的关系： 气体的密度随温度的升高而减小、随压力的增大而增大，液体的密度主要随温度升高而减小、而与压力关系不大。

流量计用以测量管路中流体流量(单位时间内通过的流体体积)的仪表，包括：转子流量计、节流式流量计、细缝流量计、容积流量计、电磁流量计、超声波流量计和堰等。至今为止，流量仪表种类达60种之多。原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表 。60多种流量仪表,每种产品都有它特定的适用性，也都有它的局限性。

测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类；按测量目的又可分为总量测量和流量测量，其仪表分别称作总量表和流量计。总量表测量一段时间内流过管道的流量，是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示，实际上流量计通常亦备有累积流量装置，做总量表使用，而总量表亦备有流量发讯装置。因此，以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。

按测量原理可分为如下几个大类：力学原理 ：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。电学原理 ：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。声学原理 ：利用声学原理进行流量测量的有超声波式．声学式（冲击波式）等。热学原理 ：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。光学原理 ：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。原子物理原理：核磁共振式、核辐射式等是属于此类原理的仪表．其它原理 ：有标记原理（示踪原理、核磁共振原理）、相关原理等。本文按照目前最流行、最广泛的分类法分别来阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外应用。

一、孔板流量计

孔板流量计是将标准孔板与多参量差压变送器（或差压变送、温度变送器及压力变送器）配套组成的高量程比差压流量装置，可测量气体、蒸汽、液体及天然气的流量。

广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程控制和测量。

孔板流量计被广泛适用于煤炭、化工、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。

在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：

优点：

1、标准节流件是全用的，并得到了国际标准组织的认可，无需实流校准，即可投用，在流量传感器中也是唯一的；

2、结构易于复制，简单、牢固、性能稳定可靠、价格低廉；

3、应用范围广，包括全部单相流体(液、气、蒸汽)、部分混相流，一般生产过程的管径、工作状态(温度、压力)皆可以测量；

4、检测件和差压显示仪表可分开不同厂家生产，便与专业化规模生产。

缺点：

1、测量的重复性、精确度在流量传感器中属于中等水平，由于众多因素的影响错综复杂，精确度难于提高；

2、范围度窄，由于流量系数与雷诺数有关,一般范围度仅3∶1～4∶1；

3、有较长的直管段长度要求，一般难于满足。尤其对较大管径，问题更加突出；

4、压力损失大；

5、孔板以内孔锐角线来保证精度，因此传感器对腐蚀、磨损、结垢、脏污敏感，长期使用精度难以保证，需每年拆下强检一次；

6、采用法兰连接，易产生跑、冒、滴、漏问题，大大增加了维护工作量。

二、立式腰轮流量计

腰轮流量计又叫罗茨流量计，其结构特征为:在流量计的壳体内有一个计量室，计量室内有一对或两对可以相切旋转的腰轮。

在流量计壳体外面与两个搜轮同轴安装了一对传动齿轮，它们相互啮合使两个腰轮可以相互联动。

腰轮流量计能用于各种清洁液体的流量测量，尤其适用于油品计量，也可制成测量气体的流量计。它的计最准确度高，可达0.1-0.5级。

特点：

腰轮流量计产品设计新颖，外形美观。具有重量轻、精度高，安装使用方便等特点。是容积式流量计的典型产品之一。

其主要缺点有:体积大、笨重.压损较大。运行中振动较大等。

利用互成45度角的两对腰轮结构,可以大大减小运行中的振动噪声。

三、容积式流量计

容积式流量计，又称定排量流量计，简称PD流量计，在流量仪表中是精度最高的一类。

它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。

容积式流量计按其测量元件分类，可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等。

优点：

1、计量精度高；

2、安装管道条件对计量精度没有影响；

3、可用于高粘度液体的测量；

4、范围度宽；

5、直读式仪表无需外部能源可直接获得累计，总量，清晰明了，操作简便。

缺点：

1、结构复杂，体积庞大；

2、被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大；

3、不适用于高、低温场合；

4、大部分仪表只适用于洁净单相流体；

5、产生噪声及振动。

四、椭圆齿轮流量计

椭圆齿轮流量计（又称排量流量计，齿轮流量计），属于容积式流量计一种，在流量仪表中是精度较高的一类。

它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。

椭圆齿轮流量计可以选用不同的材料（铸铁、铸钢、304不锈钢、316不锈钢）制造，它特别适合于重油、聚乙烯醇、树脂等粘度较高介质的流量测量。

特点：

按照要求正确安装后的椭圆齿轮流量计，使用时即可保证足够的精度，通常累计值的精度可达0.5级，是一种较为准确的流量计量仪表。

但是，如果使用时被测介质的流量过小，仪表的泄漏误差的影响就会突出，不能再保证足够的测量精度。

因此，不同型号规格的椭圆齿轮流量计对最小使用流量有一允许值，只有当实际被测流量大于该下限流量允许值时，测量精度才能得到保证。

其次，使用椭圆齿轮流量计要注意被测介质的温度不能过高，否则不仅会增加测量误差，而且有使齿轮发生卡死的可能。为此，椭圆齿轮流量计在仪表所规定的使用温度范围内使用。

长期使用后的椭圆齿轮流量计，其内部的齿轮会被腐蚀和磨损，从而影响测量精度。因此，要经常注意观察，并定期拆下进行检查，若条件允许最好定期进行标定。

五、文丘里流量计

新一代差压式流量测量仪表，其基本测量原理是以能量守恒定律——伯努力方程和流动连续性方程为基础的流量测量方法。

内文丘里管由一圆形测量管和置入测量管内并与测量管同轴的特型芯体所构成。

特型芯体的径向外表面具有与经典文丘里管内表面相似的几何廓形，并与测量管内表面之间构成一个异径环形过流缝隙。

流体流经内文丘里管的节流过程同流体流经经典文丘里管、环形孔板的节流过程基本相似。

内文丘里管的这种结构特点，使之在使用过程中不存在类似孔板节流件的锐缘磨蚀与积污问题，并能对节流前管内流体速度分布梯度及可能存在的各种非轴对称速度分布进行有效的流动调整（整流），从而实现了高精确度与高稳定性的流量测量。

优点：

如果能完全按照ASME标准精确制造，测量精度也可以达到 0.5%,但是国产文丘里由于其制造技术问题,精度很难保证,国内老资格的技术力量雄厚的开封仪表厂也只能保证4%测量精度。

对于超超临界发电的工况，这种喉管处的均压环在高温高压下使用是一个很危险的环节，不采用均压环，就不符合ASNE ISO5167标准，测量精度就无法保证，这是高压经典式文丘里制造中的一个矛盾。

缺点：

喉管和进口/出口一样材质,流体对喉管的冲刷和磨损严重，无法保证长期测量精度。

结构长度必须按ISO-5167规定制造, 否则就达不到所需精度, 由于ISO-5167对经典文丘里的严格结构规定,使得它的流量测量范围最大/最小流量比很小, 一般在3—5之间. 很难满足流量变化幅度大的流量测量。

六、双转子气体流量计

双转子流量计属于目前国际上最新一代容积式流量计，也称为UF—‖流量计或螺杆流量计。是用于管道中液体流量的测量和控制的精密仪表。

广泛应用于石油、化工、冶金、电力、交通、船舶、油库、码头、槽罐车等部门，特别适用于原油、精炼油、轻烃等工业液体的计量流量计可现场指示，字码直接读数并可配发讯器，输出电脉冲信号，远传到二次仪表或计算机，组成自动控制、自动检测和数据处理等系统。

特点：

七、涡轮流量计

智能液体涡轮流量计是采用先进的超低功耗单片微机技术研制的涡轮流量传感器与显示积算一体化的新型智能仪表，是速度式流量计中的主要种类,当被测流体流过涡轮流量计传感器时，在流体的作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比。

同时，叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线，改变线圈的磁通量，根据电磁感应原理，在线圈内将感应出脉动的电势信号，即电脉冲信号，此电脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。

特点：

具有机构紧凑、读数直观清晰、可靠性高、不受外界电源干扰、抗雷击、成本低等明显优点。

八、转子流量计

浮子流量计,又称转子流量计，通过量测设在直流管道内的转动部件的 （位置 )来推算流量的装置。

是变面积式流量计的一种。在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的 , 浮子可以在锥管内自由地上升和下降。

在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。一般分为玻璃和金属转子流量计。

金属转子流量计是工业上最常用的，对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于玻璃材质的本身易碎性，关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计。

特点：

转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。

转子流量计适用于测量通过管道直径D<>

其压损小,量程比大(10:1),安装维护方便,可广泛用于复杂,恶劣环境及各种介质条件的流量测量与过程控制中

九、靶式流量计

靶式流量计于六十年代开始应用于工业流量测量，主要用于解决高粘度、低雷诺数流体的流量测量，先后经历了气动表和电动表两大发展阶段。

SBL系列智能靶式流量计是在原有应变片式（电容式）靶式流量计测量原理的基础上，采用了最新型力感应式传感器作为测量和敏感传递元件，同时利用了现代数字智能处理技术而研制的一种新式流量计量仪表。

特点：

1、整台仪表结构坚固无可动部件，插入式结构,拆卸方便；

2、可选用多种防腐及耐高低温材质（如哈氏合金，钛等）；

3、整机可做成全密封无死角（焊接形式），无任何泄漏点，可耐42MPa 高压；

4、仪表内设自检程序，故障现象一目了然；

5、传感器不与被测介质接触,不存在零部件磨损,使用安全可靠；

6、可就地采用干式标定方法，即采用砝码挂重法。单键操作可完成标定；

7、具有多种安装方式供选择，如选择在线插入式，安装费用低；

8、具有一体化温度、压力补偿，直接输出质量或标方；

9、具有可选小信号切除、非线性修正、滤波时间可选择；

10、能准确测量各种常温、高温500 度、低温-200 度工况下的气体、液体流量；

11、计量准确，精度可达到0.2%；

12、重复性好，一般为0.05%～0.08%，测量快速；

13、压力损失小，仅为标准孔板的1/2△P 左右；

14、抗干扰，抗杂质能力特强；

15、可根据实际需要更换阻流件（靶片）而改变量程；

16、低功耗电池现场显示，能在线直读示值，显示屏可同时读取瞬时和累积流量及百分比棒图；

17、安装简单方便，极易维护；

18、多种输出形式，能远传各种参数；

19、抗震动性强，一定范围内可测脉动流。

十、喷嘴流量计

喷嘴流量计是测量流量的差压发生装置，配合各种差压计或差压变送器可测量管道中各种流体的流量。

标准喷嘴节流装置与差压变送器配套使用，可测量液体、蒸汽、气体的流量，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、轻工等部门。

一体式安装由智能显示仪（多参差变送器）和喷嘴装置一道组成喷嘴流量计。它自带有高品质的差压传感器、压力传感器，热电阻温度传感器。

AW2003-型智能显示仪（多 参差变送器）不仅在差压传感器量程范围自动适应，而且各种补偿系数如：流出系数C、流 束膨张系数ε等均进行在线计算，真正实现了扩大量程的同时保证计量的精度。

采用大屏幕LCD同屏显示累积流量、瞬时流量、瞬时压力、瞬时温度值，不用人工切换。

4-20mA两线制瞬时流量输出。分本安型防爆产品及普通型产品两大类。

分体式安装由独立的喷嘴装置、差压、压力、温度变送器、流量计算仪、截止阀等部份组合而成。各部份之间的连接组合由用户自己完成。

特点：

与孔板流量计相比，喷嘴流量计的压力损失较小，因而节约能源，比较坚固耐用，适合高温高压流体，广泛使用在电力、化工等行业的蒸汽流量测量。

喷嘴流量计包括标准喷嘴（ISA1932喷嘴）、长颈喷嘴两种。

其设计制造均符合国际标准ISO5167或国家标准GB/T2624的规定。

十一、节流流量计

在气体的流动管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，中心开有一个圆孔，其孔径比管道内径小，在孔板前燃气稳定的向前流动，气体流过孔板时由于孔径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因而流速将发生变化，速度加快，气体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压力降落，即差压（孔板前截面大的地方压力大，通过孔板截面小的地方压力小）。

差压的大小和气体流量有确定的数值关系，即流量大时，差压就大，流量小时，差压就小。

流量与差压的平方根成正比。节流式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。

特点：

节流式流量计是一种典型的差压式流量计．是目前工业生产中用来测量气体、液体和蒸气流量的最常用的一种流量仪表．据调查统计，在炼钢厂、炼油厂等工业生产系统中所使用的流量计有(70—80)%左右是节流式流量计。

在整个工业生产领域中，节流式流量计也占流量仪表总数的一半以上。节流式流量计所以得到如此广泛的应用，主要是因为它具有以下两个非常突出的优点：

1、结构简单，安装方便，工作可靠，成本低，又具有一定准确度．能满足工程测量的需要。

2、有很长的使用历史，有丰富的、可靠的实验数据，设计加工已经标准化。只要按标准设计加工的节流式流量计，不需要进行实际标定，也能在已知的不确定度范围内进行流量测量。

尤其是第二个优点，使得节流式流量计在制造和使用上都非常方便．因为对一个流量计，特别是大流量测量用的流量汁，在检定时将会遇到各种各样的困难。

十二、电磁流量计

电磁流量计是20世纪50~60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。

电磁流量计是应用电磁感应原理，根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。

特点：

1、测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响；

2、测量管内无阻碍流动部件，无压损，直管段要求较低。对浆液测量有独特的适应性；

3、合理选择传感器衬里和电极材料，即具有良好的耐腐蚀和耐磨损性；

4、转换器采用新颖励磁方式，功耗低、零点稳定、精确度高。流量范围度可达150：1；

5、转换器可与传感器组成一体型或分离型；

6、转换器采用16位高性能微处理器，2x16LCD显示，参数设定方便，编程可靠；

7、流量计为双向测量系统，内装三个积算器：正向总量、反向总量及差值总量；可显示正、反流量，并具有多种输出：电流、脉冲、数字通讯、HART；

8、转换器采用表面安装技术(SMT)，具有自检和自诊断功能；

9、测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高。

10、测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。

11、由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道载面上的平均值，因此传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。

12、转换器采用国际最新最先进的单片机（MCU）和表面贴装技术（SMT），性能可靠，精度高，功耗低，零点稳定，参数设定方便。点击中文显示LCD，显示累积流量，瞬时流量、流速、流量百分比等。

13、双向测量系统，可测正向流量、反向流量。采用特殊的生产工艺和优质材料，确保产品的性能在长时候内保持稳定。

单片机实例分享，射频卡流量监控系统

回想以前，学校浴室的收费标准是1.5元/次，每次可以持续洗一个小时，但是很多人洗澡的时间并不是很长，根本用不了一个小时，于是浪费水的情况便时有出现。我经常看到有些同学在浴室里洗衣服，所以这样的收费方式有滋生学生浪费习惯的弊端。为此我想到了通过改进浴室管理方案，修改计费方式，从而遏制大学生的浪费行为，这个系统可先在饮水机上进行测试。

我所在学校使用的“一卡通”是一张 IC 卡，用它可以到图书馆借书、到食堂就餐，学校还能通过IC卡获得使用者的详细信息等。我设想也可以利用IC卡对淋浴流量管理，每秒或者每几秒读取一次流量器的数据，再经过计算然后扣费，如果某个同学一直开启喷头，那么他一卡通内的钱也会随着流量的增加被更多地扣除。

我们设计的射频卡进行流量计费管理的系统具有以下优点。

(1)存储容量大。磁卡的存储容量大约在200个字符;IC卡的存储容量根据型号不同，小的有几百个字符，大的有上百万个字符。

(2)安全保密性好，不容易被复制，IC卡上的信息能够随意读取、修改、擦除，但都需要密码。

(3)IC卡具有数据处理能力。在与读卡器进行数据交换时，可对数据进行加密、解密，以确保交换数据的准确可靠;而磁卡则无此功能。

(4)使用寿命长,可以重复充值。

(5)IC卡具有防磁、防静电、防机械损坏和防化学破坏等能力，信息保存年限长，读写次数在数万次以上。

(6)IC卡能广泛应用于金融、电信、交通、商贸、社保、税收、医疗、保险等方面，几乎涵盖所有的公共事业领域。

设计思路

通过单片机对流量计、射频卡、电磁阀等实施控制。单片机会按照流量，对射频卡内的信息进行修改(修改余额信息，对其他信息无影响)，单片机访问流量计的频率大约为3s访问一次，也就是，单片机每3s扫描一次流量计的数据，同时进行运算费用，然后修改射频卡内的信息(修改余额)。余额不足会通过12864液晶显示器显示。整个系统的设计框图如图19.1所示。

图19.1 整个系统同的设计框图

本系统的主控采用STC12C5A60S2单片机，该单片机是增强型51单片机，ROM高达61KB,运算速度是普通51单片机的8倍。STC12C5A60S2兼容51单片机的指令、引脚，而且该单片机具有A/D转换功能、高速低功耗、抗干扰等特点。电磁阀采用12V六分管通水电磁阀，直流持续式工作模式，工作压力在0.02～0.8MPa，介质温度在1～85℃。并且导体与非导体之间应能承受AC2500V电压，1min不击穿以及产生飞弧等现象。流量计采用六分管高精度水流量传感器，频率F=26×Q(Q表示流量，单位为L/min)，内径3.0mm，流量范围0.5～5L/min。射频卡采用RFID读卡模块和EHUOYAN IC卡。

本系统的设计分为3个具体实施阶段。

第一个阶段，如图19.2所示，识别IC卡，读取IC卡信息，检查余额，满足条件后打开电磁阀，准备读取流量计数据。如果余额不足，则产生提示。

图19.2 第一阶段

射频卡相关知识

IC卡工作的基本原理是：射频读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷;在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。

IC卡的外形与磁卡相似，它与磁卡的区别在于数据存储的媒体不同。磁卡是通过卡上条的磁场变化来存储信息的，而IC卡是通过嵌入卡中的电擦式可编程只读存储器集成电路芯(EEPROM)来存储数据信息的。

作为电子货币的IC卡，其上记录有大量重要信息，安全性是很重要的，作为IC卡应用系统开发者必须为IC卡系统提供合理有效的安全措施，以保证IC卡及其应用系统的数据安全。影响IC卡及应用系统安全的主要方式有：使用用户丢失或被窃的IC卡，冒充合法用户进入应用系统，获得非法利益;用伪造的或空白卡非法复制数据，进入应用系统;使用系统外的IC卡读写设备，对合法卡上的数据进行修改，改变操作级别等;在IC卡交易过程中，用正常卡完成身份认证后，中途变换IC卡，从而使卡上存储的数据与系统中不一致;在IC卡读写操作中，对接口设备与IC卡通信时所作交换的信息流进行截听、修改，甚至插入非法信息，以获取非法利益，或破坏系统。常用的安全技术有:身份鉴别和IC卡合法性确认、指纹鉴别技术、数据加密通信技术等。这些技术采用可以保证IC卡的数据在存储和交易过程中的完整性、有效性和真实性，从而有效地防止对IC卡进行非法读写和修改。总体上，IC卡的安全包括物理安全和逻辑安全两方面。

物理安全包括：IC卡本身的物理特性上的安全性，通常指对一定程度的应力、化学、电气、静电作用的防范能力;对外来的物理攻击的抵抗能力，要求IC卡应能防止复制、窜改、伪造或截听等。常采用的措施有：采用高技术和昂贵的制造工艺，使之无法被伪造;在制造和发行过程中，一切参数严格保密;制作时在存储器外面加若干保护层，防止分析其中内容，即很难破译;在卡内安装监控程序，以防止处理器或存储器数据总线和地址总线的截听。

常用的逻辑安全措施有：存储器分区保护，一般将IC卡中存储器的数据分成3个基本区：公开区、工作区和保密区;用户鉴别，用户鉴别又叫个人身份鉴别，一般有验证用户个人识别PIN、生物鉴别。

卡片有着16个扇区，每个扇区包含4个数据块，每个数据块具有16byte的存储容量。扇区被定义为扇区0～扇区15，数据块被分为数据块0～数据块3，整个卡共有64个数据块。

每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块(包括数据块和控制块)的存取条件是由密码和存取控制共同决定的。

第二个阶段，如图19.3所示，首先采集流量计数据，然后流量计产生的脉冲通过单片机计数。目前市场上常见的流量计是1L水共输出450个脉冲。1L水的质量是1kg，一个脉冲大概是2.2g水，利用单片机对脉冲数进行计数，每过一个脉冲扣除一定费用(单价×2.2即可)。实时监测IC卡内余额，如果余额不足，则触发单片机中断，等待关闭电磁阀，延迟1min后关闭电磁阀。

图19.3 第二阶段

第三阶段，如图19.4所示，监测IC卡状态，如果未识别到IC卡，则关闭电磁阀(防止使用者不关喷头直接拔卡)。

图19.4 第三阶段

制作过程

表19.1 制作所需材料

制作所需材料见表19.1，整个系统的电路图和PCB如图19.5所示。

图19.5 电路图和PCB图

PCB图是外加工的，需要注意的是，图中长方形白色框体是射频卡模块，尺寸可根据购买的射频卡模块尺寸进行修改。焊接电路板时，遵循“先贴片后插件，先低后高，先小后大”的原则，这样做会让你事半功倍，按照电路图焊接完成并通电之后的的系统可以进行简要的操作(见图19.6～图19.9)。

图19.6 驱动12864，没有用户，等待模式

图19.7 读到卡了，显示姓名、学号、钱包

图19.8 随着流量计脉冲个数增长，单片机进行计费，同时进行扣款操作，操作完毕显示当前余额

图19.9 用户移走卡，蜂鸣器长鸣一声，提示卡已移走

简单的测试之后，下位机就制作完成了，接下来就是进行上位机的编写，上位机(改变姓名、充值、初始化等操作依赖于模块)是用于改变射频卡信息的PC软件，我使用C#语言编写，第一次编写上位机软件，虽然界面很普通，但是功能还是比较完备的(见图19.10～图19.12)。

图19.10 没选择串口前所有的都是灰色表示不可操作

图19.11 选择串口后，按钮可操作更改框可以进行改写

此制作需要用到的射频卡通信设备(此设备需要和上位机搭配使用)如图19.13所示，设备上面黄色的纸是打印的，然后用双面胶贴上去，内部使用一个USB转TTL模块以及一个射频卡读写卡模块。

图19.12 单击读卡按钮后的显示

图19.13 此制作需要用到的的射频卡通信设备

程序部分

按照设计的流程图编写程序，由于程序过多，我不一一附上，只截取部分进行说明。下列程序是本制作要用到的命令数组、处理数组、显示数组等程序，也是上位机和下位机都需要的部分，需要注意的地方是，数组的个数和串口发送与接收命令的长度一定要搭配，否则会出错。比如某个命令的返回值的数组大小为10，如果我们在写串口中断处理函数的时候，没注意接收的个数，写成了9，那么处理函数会一直等待最后一个数，才满足跳出函数的条件，当然，你可以写个报错的函数，调试完成后关闭它。

//search card and get card serial number

uchar xdata ComSearchCard[5] = {0xAA,0xBB,0x02,0x20};// 寻卡，返回AA BB 06 20 92 BF 72 59 20

//read block No.x

uchar xdata ComReadBlock[13] = {0xAA, 0xBB, 0x0a, 0x21, 0x00, 0x08, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff};// 读哪一块，第6位就是0x0几

//read block No.8

//uchar ComReadBlock6[13] = {0xAA, 0xBB, 0x0a, 0x21, 0x00, 0x06, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff};

// write block No.8 with 0x01 to 0x0f

uchar xdata ComWriteBlock[29] = {0xAA, 0xBB, 0x1a, 0x22, 0x00, 0x08, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,//0xff 是密码

0x02, 0x00, 0x01, 0x01, 0x00, 0x07, 0x00, 0x01,//

0x04, 0x02, 0x04, 0x08, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};// 要写的数据

//initialize block No.8 as a purse

uchar xdata ComIntiPurse[17] = {0xAA, 0xBB, 0x0e, 0x23, 0x00, 0x05, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,0xff, 0xff, 0x00, 0x00};//初始化钱包。分区5为钱包

//read purse value of block No.5

uchar xdata ComReadPurse[13] = {0xAA,0xBB,0x0a, 0x24, 0x00, 0x05,0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff};// 读取分区5的钱包 返回4字节的数据

// purse in block No.5 increase with value“2”

uchar xdata ComIncrPurse[17] = {0xAA,0xBB,0x0e, 0x25, 0x00, 0x05, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, //增加钱包的余额

0x01, 0x00, 0x00, 0x00};//要增加的值

// purse in block No.5 decrease with value“1”

uchar xdata ComDecrPurse[17] = {0xAA,0xBB,0x0e, 0x26, 0x00, 0x05, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,//扣费

0x01, 0x00, 0x00, 0x00};//要减少的值

提取数据的数组：

uchar xdata user_block8[12]={0}; //学号(8位)

uchar xdata user_card[4]={0}; //卡号

uchar xdata user_cash[4]={0}; //现金

uchar xdata user_name[6]={0}; //姓名

程序中有一个举足轻重的“指令选择”函数，由于程序太长，就不附上，有兴趣的朋友可以到我的QQ群下载。这个函数是一个带返回值的函数，整个系统的命令都由这个函数发出。下面的解释一目了然，以后如果需要升级本系统，在这个函数内部添加命令即可。

指令选择入口函数：

输入：j 1～8

输出：1或0

功能概述：

a. 确认返回数组的正确性(数组最后一个数据的异或校验以及数组的长度)。

b. 序号说明：

(1)寻卡，返回射频卡序列号;

(2)读取某个模块的值，返回16位数值;

(3)写某个模块，返回成功命令;

(4)初始化钱包，即定义制定射频卡分区为钱包返回成功命令;

(5)读取钱包的值;

(6)增加钱包的值;

(7)减少钱包的值;

(8)返回增加、减少后钱包的值。

由于这个制作的初步设想是在学校里使用的，因此价格基本稳定，就没有给管理员权限使用输入设备更改资费。更改资费需要改动源代码，当然，做成产品肯定需要设计输入设备，由于本次制作的用户就是我，所以就简化了。

更改资费的程序段如下：

EX0 = 0;

countflag = 0;//脉冲标志清零

feetemp = 0x01;//这里是扣的金额

feecount = feecount + feetemp;//计算使用总额，需要显示也可以显示的

ComDecrPurse[12] = feetemp;//写入扣钱金额

j = Command_choic(7);//100个脉冲减少一分钱

关于脉冲个数与消费金额关系的问题，在外部中断里去修改一下就好了，建议大家使用宏定义，直接在顶部修改。

count++;

if (count == 1) //这里更改脉冲个数

{

countflag = 1;

count = 0;

}

注：之所以使用双串口单片机是有原因的，因为一边要和模块通信，一边要打印出来数据观察是否正确，所以要使用两个串口，当然，此制作我用串口2与模块通信，这也是为什么用12C5A60S2的原因。

流量管理系统制作好了，现在就试着将它搭建到饮水机上进行测试。总的来说，就是先断开饮水机的水管，把电磁阀和流量计串连进去，再连接上即可。但连接的时候需要用一些胶布，以防止漏水，并避免饮水机发生漏电危险。

总结

此制作的射频卡读取模块，使用的是串口协议，它的所有命令都是以“AA BB”开头，最后一位数据是前面除开头以外的异或结果，串口收数据的时候本来就不知道收多长，这个版本的模块没有解决这个问题。例如，寻卡的命令是“AA BB 02 20 22”，“AA BB”为开头，22是前面02和20的异或结果。因此推荐大家使用其他协议，其他协议可以自己规定头和尾，检测的时候非常方便，当然也纯属个人意见。

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