自动化技术在电子信息工程设计中的运用研究

福州真兰水表有限公司 俞清龙

本文对电子信息工程设计中自动化技术的应用意义、应用表现进行分析，通过该技术的应用，有助于工程设计朝着机械化、智能化、精确化的方向转变，在工程设计中提高生产力的同时，节约更多成本投入。最后，以智能水表系统为例，阐述自动化技术在该系统软硬件设计中的应用方法，推动电子信息工程的稳健发展。

在科技迅猛发展下，先进技术不断涌现出来，在电子信息工程设计中得到广泛应用，与传统设计手法相比可节约更多设计成本，促进设计效率提升。以自动化技术为例，在电子工程设计中的应用可促进设计成果朝着机械化、智能化方向转变。为保障居民饮水安全，实现快捷缴纳与支付等等，在自动化技术支持下智能水表系统被设计出来，支持一家一户水表与阶梯计费等功能，为水利部门业务开展提供极大助力。

1 电子信息工程设计中自动化技术的应用意义

自动化技术作为技术模式的一种，将控制技术、信息技术、计算机技术等融合起来，是现代科技尖端级别的代表。其中，计算机技术、控制理论产生的影响最大，现已得到广泛应用。将自动化技术引入电子工程设计中，具有以下意义。

一是促进工程设计机械化。自动化技术的主要优势在于依靠机器力量替代人力，达到解放生产力的目标。在电子工程设计中，设计人员不但要了解基本设计原理，还要充分掌握计算机应用、信息工程设计等理论知识。电子工程作为电子信息、计算机技术的结晶，对设计工作机械化提出严格要求。该项技术在电子工程谁中的应用不但有助于机电一体化，改变工程设计现状，还可将电子工程设计优势充分发挥出来，充分展现设计多元化、多功能等特点。

二是推进工程设计智能化。以往电子工程设计主要借助人力完成信息开发、集成与应用等工作，工作速度较慢，且出错率高，无法满足当前工业化的信息需求。将自动化技术应用后，可从根本上改变信息开发与处理方式，提高工程设计的智能化水平。通过将网络、信息、计算机等技术相结合，可为处理与应用高频率、海量信息开创一条“绿色通道”，有助于工程设计智能化，促进工作效率与准确率的全面提升。

三是提高精确化水平。自动化技术将多种技术优势融合起来，达到单一技术无法实现的目的，充分符合电子工程设计的各项要求。在此类工程设计中，对信息处理、控制与应用提出更高要求，单纯人力无法达到要求的精确度，而借助自动化技术便可顺利达成。例如，在信号与系统设计中，设计人员应对系统分析、信号分解等技术综合掌握，此类设计的精度要求较高，需具备自动化特点。对此，设计人员便可将自动化技术引入其中，使整体工程设计取得巨大进步，特别是在设计精准度方面更是有目共睹。

2 电子信息工程设计中自动化技术的应用表现

2.1 电路分析设计

在电子信息工程设计方面，电路分析、计算机控制作为工程设计的核心所在，同时也是关键技术类型。自动化技术主要表现为三相电路、互感电路、双口网络等等，在电子工程设计中均发挥重要作用。此外，该项技术已经渗透到电子工程设计的方方面面，因其本身便是自动化技术的分支之一，也可将自动化技术应用状态充分展现出来。

2.2 计算机辅助设计

自动化技术的作用主要通过计算机展现出来，辅助设计（CAD）实则是自动化技术的衍生物，通过对计算机软件、硬件与网络综合应用，实现产品设计过程自动化目标。在设计期间，设计人员只需将产品功能、规格与要求等数据输入进去，计算机便可自动分析、计算与设计，并将最终设计结果输出。现阶段，CAD计算在纺织、服装、机械与造船等领域广泛应用。从广义层面上看，CAD还涵盖虚拟装配、产品数据管理等等，均可为电子工程设计提供强有力的技术支持。

2.3 计算机集成制造

因电子工程设计的内容众多，工作较为复杂，需采用多项技术才可实现。对此，在实际工作中应结合现实情况制定方案，特别是新产品设计时，更要将计算机集成制造作用充分发挥出来，优化设计环节，确保整个设计过程精准高效。对此，在产品设计期间应引入计算机辅助设备，实现更加便捷合理的设计。值得强调的是，自动化技术的应用虽然可优化设计过程，但无法优化整个工程，利用集成制作技术可将多个环节整合起来，构建完善的系统，促进信息高效传递，将自动化技术优势充分发挥出来，缩短产品研发周期，实现新产品创新。在此基础上，可节约更多产品成本的投入，将更多时间与精力应用到生产环节，使企业在激烈竞争中取得更大优势，赢得更多经济效益。

3 基于自动化技术的智能水表系统设计方法

3.1 整体结构设计

该水表整体结构包括7个方面，即主控单片机芯片，型号为MSP430F413，作为系统核心所在，主要作用是数据处理；电源管理与电路模块，可为全部模块供电；脉冲采集电路的作用在于，当用户用水时，传感器采集脉冲信号后，将信息传递到主控芯片，开启系统计费。通信基站模块作用在于为远程抄表提供无线通信模块，实现数据实时传输读取；阀门控制电路模块，待用户充值额度用完后，系统可自动关闭阀门进行停水，待用户充值后阀门便会自动开启，恢复正常供水；LCD液晶显示，用户可实时查看水表相关信息，结构如图1所示。

图1 智能水表系统结构图

3.2 硬件系统

在自动化技术基础上，智能水表系统的硬件设计包括以下内容。

（1）传感器电路设计。为了读取智能水表上的数据，在脉冲信号采集中采用“1＋1”模式设计双簧管传感器。技术原理为：在系统自动检测数据期间，当1个簧管获取到用水信息后，系统便可自动记录相关信息，再对其他管路的供水情况进行检测，只有在两个簧管均正常运行时，系统才具备信号采集、用水计费等功能，传感器设计有效减少人为因素、磁铁干扰等产生的计数误差。

（2）电磁阀门电路设计。为了有效控制智能电表的用水状态，如供水、停水等，系统可利用电磁球阀驱动电路。在用户水表信息采集时，如若处于欠费状态，电磁阀便会自动关闭，暂停供水；待用户缴纳相应费用后，电磁阀门便会自动开启，恢复正常工会。为确保阀门因长期不转动出现生锈情况，阀门定时器每月都会自动转换开关状态，确保系统各模块正常使用。

（3）LCD屏显电路设计。为了便于查询智能水表信号，使用户随时掌握自身用水信息，水表系统与LCD屏显功能相连接，该项功能如下：一是显示电磁阀门状态，用户通过查看阀门状态，掌握自家供水情况；二是余额查询，LCD可将用户水量剩余情况实时显示出来，便于用户决定何时缴费、确定缴费金额等等；三是具备水表供电、阶梯水价、异常报警等功能，依靠主控芯片中的LCD驱动器，将供水信息在LCD显示出来，屏幕可选用100mm×80mm规格产品。

3.3 软件系统

智能水表系统可采取与之相连的任意区域的信息，在自动抄送后存储到控制中心，集中器可根据主站设置时间、时间间隔、抄收项目，并将数据存储起来，软件系统的主要功能如下：

（1）统计功能。利用统计表记录数值，根据定期计算处理，将所得结果通过直方图、表格、数据库等形式输出，准确计算损耗情况，并自动分摊给各个用户；用户可随时查阅、检索集中器内的表计数值。

（2）管理功能。可分别查询各表对应的用户信息。针对欠费状态下的用户，主站可发布指令进行远程通断操控；针对预付费状态下的用户，自动查询余额信息并为用户发送缴费提醒，供用户实时查询，打印用水单据，对该区域内系统应用情况进行全面监控，准确判断超负荷点、泄露点。当出现价格变动时，可及时更改响应，系统未设置分级密码，十分安全可靠。

3.4 实际应用

将智能水表系统安装在小区信息中心，用户用水数据可经过无线接口与信息中心内的集中器相连，再将集中器利用GPRS技术与透明数据传输端连接起来，由传输端内置嵌入式处理器进行数据处理，将协议封装后传递到GSM网络内，依靠GPRS网络传递给相关管理部门的抄表系统中，将数据中心系统与表数据实时相连。无线模块采用远程唤醒传输模块，与水表中的传感器相连，可存储采集水表的用量，剩余时间均为休眠状态。当传感器检测到信号后，模块才转为工作状态，并自动计量，且模块可不间断的醒来，对外界是否存在唤醒信号进行检测，适用于抄表器抄取信息，当检测到唤醒信号后，则进入到工作状态等待指令，接收指令后开展后续工作。如此反复，可节约大量无线模块的功耗，利用5号电池供电，可使用0.5—1年时间。

综上所述，在电子信息工程设计中，自动化技术的应用有助于丰富设计功能，将工程设计核心作用体现出来，获取更多电子信息，加快发展速度。在智能水表系统设计中，将自动化技术应用到软硬件设计工作中，丰富系统功能，可使电子信息工程整体进步，走上智能精确化的发展道路，节约运营成本，为水务企业谋取更多经济效益。