论文总字数：19950字

摘 要

：智能水表是一种集合了现代微电子技术、现代传感技术以及智能IC卡技术对用户用水量进行计量，并对用水数据传递及结算交易的新型水表，俗称IC卡智能水表。智能水表通常由供电单元、水量采集单元、水量处理单元、计费单元组成。其中供电单元一直是影响其推广应用的瓶颈。

论文给出了一种基于水流发电技术的自发电IC卡智能水表总体设计方案，并着重针对其供电单元展开研究。提出了一种通过自来水水流推动水轮机发电以补充锂电池电能的电源管理系统，可有效提高智能水表运行时间。论文针对水流发电机输出信号幅值变化大的特点，通过预加整流及自动升降压DC/DC电路将水流发电输出的交流信号转变为恒定的12V直流输出以适应锂电池充电电压的要求，并在此基础上设计了基于BQ2000的锂电池充电电路，实现了锂电池充电，此外，论文提出以水流发电输出信号作为水量检测信号，可实现水力发电与水量计量的一体化，极大简化现有智能水表的结构。

关键词：智能水表；电源管理；充电电路

Research and Development of a Self-Powered Smart Water Meter

02009412 Yaqi Cao

Supervised by Feiyun Xu

Abstract：A collection of modern microelectronic technology, modern sensor technology and smart IC card technology for water users to be measured is called smart meter , and it is used to transfer the water data and settle the transactions of the new meter, and it is commonly known as IC card intelligent water meter. Smart meter usually consists of a power supply unit of water acquisition unit, water treatment unit, and charging unit. Power supply unit has been affecting the application of the bottleneck.Paper presents a flow-based power generation technologies from the IC card intelligent water meter overall design and focus of its power supply unit for a study. It is proposed that a push through the water flow turbine power generation to supple the battery power management system can effectively improve the smart meter run time. Thesis flow generator output signal amplitude variation in the characteristics of the rectifier and automatic through the pre-buck DC / DC circuit will flow generation output AC signal into a constant 12V DC output voltage to suit the requirements of lithium batteries, and on the base of BQ2000 ,it is designed based on the lithium battery charging circuit to achieve a lithium battery. In addition, the paper proposes water flow generation output signal as a detection signal, enabling the integration of hydropower and water metering, which greatly simplify the existing there smart meter structure.

Keyword：the lithium-ion battery; power management; charging circuit

目 录

1、 绪论 1

1.1课题概述 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1 智能电表研究现状 1

1.2.2 锂电池充电研究方案 2

1.3论文主要研究内容 4

2、 自发电智能水表总体方案 5

2.1 智能水表功能需求 5

2.2 自发电智能水表方案设计 5

2.2.1 自发电智能水表原理框图 5

2.2.2自发电智能水表硬件电路设计 6

2.3 水表实现流程图 12

2.4 本章小结 12

3、 基于BQ2000自发电智能水表电源管理电路设计 13

3.1自发电智能水表电源管理电路结构 13

3.1 水流发电机 13

3.2 DCDC电压转换 14

3.2.1MC34063 14

3.2.2MC34063特点 14

3.2.3MC34063电路原理 14

3.3 充电控制电路 16

3.3.1BQ2000介绍 16

3.3.2BQ2000 主要特点 16

3.3.3锂离子电池的充电管理 18

3.3.4电路设计 19

3.4 自动切换电路 20

3.4.1 功率P-FET控制器LTC4414 20

3.4.2 LTC4414基本工作原理 21

3.4.3自动切换电路图 23

3.5 本章小结 24

4、自发电智能水表电源管理电路测试 25

4.1 升压电路调试 25

4.2充电管理部分调试 27

总结与展望 29

致 谢 30

参考文献 31

自发电智能水表研发

1、 绪论

1.1课题概述

智能水表是一种集合了现代微电子技术、现代传感技术以及智能IC卡技术，对用户用水量进行计量，并对用水数据进行传递及结算交易的新型水表。一个完整的IC卡智能水表应该包含以下模块：微处理器、流量传感器、信号处理模块、IC卡接口电路、EEPROM数据存储器、显示电路、报警电路、电源模块、电磁阀驱动电路以及其他辅助电路。智能水表的设计是一个复杂的过程。智能水表的所有模块工作时均需要工作电源，锂离子电池凭借其电压高、比能量高等优点充当了工作电源。作为智能水表的心脏，对锂电池的电量保证就尤为重要。如果电池电量不足或者电量不稳定，均会导致水表的功能失效，影响正常运转。

锂离子电池分为不可充电和可充电两类。不可充电锂电池由于不能循环利用，并且丢弃之后还会污染环境，随着社会发展必将被淘汰。即使目前对不可充电电池的使用，也存在频繁更换的情况。对于可充电电池，其充电器的选择是关键。目前市面上的充电器均是外接电源，很大的占用了外部电能源。电力资源短缺是我国的基本国情，虽然随着三峡大坝的的建立形势有所缓解，但是电力资源的节约仍是势在必行。所以设计出一种能够有效利用其他资源的充电器则是很好的节约电能的措施，同时也可以简化智能水表的结构。

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