自動化技術在電子信息工程設計中的運用研究

福州真蘭水表有限公司 俞清龍

本文對電子信息工程設計中自動化技術的應用意義、應用表現進行分析，通過該技術的應用，有助于工程設計朝著機械化、智能化、精確化的方向轉變，在工程設計中提高生產力的同時，節約更多成本投入。最后，以智能水表系統為例，闡述自動化技術在該系統軟硬件設計中的應用方法，推動電子信息工程的穩健發展。

在科技迅猛發展下，先進技術不斷涌現出來，在電子信息工程設計中得到廣泛應用，與傳統設計手法相比可節約更多設計成本，促進設計效率提升。以自動化技術為例，在電子工程設計中的應用可促進設計成果朝著機械化、智能化方向轉變。為保障居民飲水安全，實現快捷繳納與支付等等，在自動化技術支持下智能水表系統被設計出來，支持一家一戶水表與階梯計費等功能，為水利部門業務開展提供極大助力。

1 電子信息工程設計中自動化技術的應用意義

自動化技術作為技術模式的一種，將控制技術、信息技術、計算機技術等融合起來，是現代科技尖端級別的代表。其中，計算機技術、控制理論產生的影響最大，現已得到廣泛應用。將自動化技術引入電子工程設計中，具有以下意義。

一是促進工程設計機械化。自動化技術的主要優勢在于依靠機器力量替代人力，達到解放生產力的目標。在電子工程設計中，設計人員不但要了解基本設計原理，還要充分掌握計算機應用、信息工程設計等理論知識。電子工程作為電子信息、計算機技術的結晶，對設計工作機械化提出嚴格要求。該項技術在電子工程誰中的應用不但有助于機電一體化，改變工程設計現狀，還可將電子工程設計優勢充分發揮出來，充分展現設計多元化、多功能等特點。

二是推進工程設計智能化。以往電子工程設計主要借助人力完成信息開發、集成與應用等工作，工作速度較慢，且出錯率高，無法滿足當前工業化的信息需求。將自動化技術應用后，可從根本上改變信息開發與處理方式，提高工程設計的智能化水平。通過將網絡、信息、計算機等技術相結合，可為處理與應用高頻率、海量信息開創一條“綠色通道”，有助于工程設計智能化，促進工作效率與準確率的全面提升。

三是提高精確化水平。自動化技術將多種技術優勢融合起來，達到單一技術無法實現的目的，充分符合電子工程設計的各項要求。在此類工程設計中，對信息處理、控制與應用提出更高要求，單純人力無法達到要求的精確度，而借助自動化技術便可順利達成。例如，在信號與系統設計中，設計人員應對系統分析、信號分解等技術綜合掌握，此類設計的精度要求較高，需具備自動化特點。對此，設計人員便可將自動化技術引入其中，使整體工程設計取得巨大進步，特別是在設計精準度方面更是有目共睹。

2 電子信息工程設計中自動化技術的應用表現

2.1 電路分析設計

在電子信息工程設計方面，電路分析、計算機控制作為工程設計的核心所在，同時也是關鍵技術類型。自動化技術主要表現為三相電路、互感電路、雙口網絡等等，在電子工程設計中均發揮重要作用。此外，該項技術已經滲透到電子工程設計的方方面面，因其本身便是自動化技術的分支之一，也可將自動化技術應用狀態充分展現出來。

2.2 計算機輔助設計

自動化技術的作用主要通過計算機展現出來，輔助設計（CAD）實則是自動化技術的衍生物，通過對計算機軟件、硬件與網絡綜合應用，實現產品設計過程自動化目標。在設計期間，設計人員只需將產品功能、規格與要求等數據輸入進去，計算機便可自動分析、計算與設計，并將最終設計結果輸出。現階段，CAD計算在紡織、服裝、機械與造船等領域廣泛應用。從廣義層面上看，CAD還涵蓋虛擬裝配、產品數據管理等等，均可為電子工程設計提供強有力的技術支持。

2.3 計算機集成制造

因電子工程設計的內容眾多，工作較為復雜，需采用多項技術才可實現。對此，在實際工作中應結合現實情況制定方案，特別是新產品設計時，更要將計算機集成制造作用充分發揮出來，優化設計環節，確保整個設計過程精準高效。對此，在產品設計期間應引入計算機輔助設備，實現更加便捷合理的設計。值得強調的是，自動化技術的應用雖然可優化設計過程，但無法優化整個工程，利用集成制作技術可將多個環節整合起來，構建完善的系統，促進信息高效傳遞，將自動化技術優勢充分發揮出來，縮短產品研發周期，實現新產品創新。在此基礎上，可節約更多產品成本的投入，將更多時間與精力應用到生產環節，使企業在激烈競爭中取得更大優勢，贏得更多經濟效益。

3 基于自動化技術的智能水表系統設計方法

3.1 整體結構設計

該水表整體結構包括7個方面，即主控單片機芯片，型號為MSP430F413，作為系統核心所在，主要作用是數據處理；電源管理與電路模塊，可為全部模塊供電；脈沖采集電路的作用在于，當用戶用水時，傳感器采集脈沖信號后，將信息傳遞到主控芯片，開啟系統計費。通信基站模塊作用在于為遠程抄表提供無線通信模塊，實現數據實時傳輸讀取；閥門控制電路模塊，待用戶充值額度用完后，系統可自動關閉閥門進行停水，待用戶充值后閥門便會自動開啟，恢復正常供水；LCD液晶顯示，用戶可實時查看水表相關信息，結構如圖1所示。

圖1 智能水表系統結構圖

3.2 硬件系統

在自動化技術基礎上，智能水表系統的硬件設計包括以下內容。

（1）傳感器電路設計。為了讀取智能水表上的數據，在脈沖信號采集中采用“1＋1”模式設計雙簧管傳感器。技術原理為：在系統自動檢測數據期間，當1個簧管獲取到用水信息后，系統便可自動記錄相關信息，再對其他管路的供水情況進行檢測，只有在兩個簧管均正常運行時，系統才具備信號采集、用水計費等功能，傳感器設計有效減少人為因素、磁鐵干擾等產生的計數誤差。

（2）電磁閥門電路設計。為了有效控制智能電表的用水狀態，如供水、停水等，系統可利用電磁球閥驅動電路。在用戶水表信息采集時，如若處于欠費狀態，電磁閥便會自動關閉，暫停供水；待用戶繳納相應費用后，電磁閥門便會自動開啟，恢復正常工會。為確保閥門因長期不轉動出現生銹情況，閥門定時器每月都會自動轉換開關狀態，確保系統各模塊正常使用。

（3）LCD屏顯電路設計。為了便于查詢智能水表信號，使用戶隨時掌握自身用水信息，水表系統與LCD屏顯功能相連接，該項功能如下：一是顯示電磁閥門狀態，用戶通過查看閥門狀態，掌握自家供水情況；二是余額查詢，LCD可將用戶水量剩余情況實時顯示出來，便于用戶決定何時繳費、確定繳費金額等等；三是具備水表供電、階梯水價、異常報警等功能，依靠主控芯片中的LCD驅動器，將供水信息在LCD顯示出來，屏幕可選用100mm×80mm規格產品。

3.3 軟件系統

智能水表系統可采取與之相連的任意區域的信息，在自動抄送后存儲到控制中心，集中器可根據主站設置時間、時間間隔、抄收項目，并將數據存儲起來，軟件系統的主要功能如下：

（1）統計功能。利用統計表記錄數值，根據定期計算處理，將所得結果通過直方圖、表格、數據庫等形式輸出，準確計算損耗情況，并自動分攤給各個用戶；用戶可隨時查閱、檢索集中器內的表計數值。

（2）管理功能。可分別查詢各表對應的用戶信息。針對欠費狀態下的用戶，主站可發布指令進行遠程通斷操控；針對預付費狀態下的用戶，自動查詢余額信息并為用戶發送繳費提醒，供用戶實時查詢，打印用水單據，對該區域內系統應用情況進行全面監控，準確判斷超負荷點、泄露點。當出現價格變動時，可及時更改響應，系統未設置分級密碼，十分安全可靠。

3.4 實際應用

將智能水表系統安裝在小區信息中心，用戶用水數據可經過無線接口與信息中心內的集中器相連，再將集中器利用GPRS技術與透明數據傳輸端連接起來，由傳輸端內置嵌入式處理器進行數據處理，將協議封裝后傳遞到GSM網絡內，依靠GPRS網絡傳遞給相關管理部門的抄表系統中，將數據中心系統與表數據實時相連。無線模塊采用遠程喚醒傳輸模塊，與水表中的傳感器相連，可存儲采集水表的用量，剩余時間均為休眠狀態。當傳感器檢測到信號后，模塊才轉為工作狀態，并自動計量，且模塊可不間斷的醒來，對外界是否存在喚醒信號進行檢測，適用于抄表器抄取信息，當檢測到喚醒信號后，則進入到工作狀態等待指令，接收指令后開展后續工作。如此反復，可節約大量無線模塊的功耗，利用5號電池供電，可使用0.5—1年時間。

綜上所述，在電子信息工程設計中，自動化技術的應用有助于豐富設計功能，將工程設計核心作用體現出來，獲取更多電子信息，加快發展速度。在智能水表系統設計中，將自動化技術應用到軟硬件設計工作中，豐富系統功能，可使電子信息工程整體進步，走上智能精確化的發展道路，節約運營成本，為水務企業謀取更多經濟效益。