隨著無線電技術(shù)、通訊技術(shù)和單片機技術(shù)的發(fā)展,，無線智能遠傳水表系統(tǒng)以其安裝便利,、維護快捷、不受安裝環(huán)境和布線限制等優(yōu)點,，成為了水表行業(yè)智能管理的主導(dǎo)系統(tǒng),。該系統(tǒng)一般由四部分組成，即自來水公司微機數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),、現(xiàn)場數(shù)據(jù)下載器(手抄機),、數(shù)據(jù)集中器、無線遠傳智能水表,。其中無線智能遠傳水表是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分,，是信息的產(chǎn)生單元。它一般是在原基表的基礎(chǔ)上,，加裝新型傳感器和控制電路板構(gòu)成,。

　　1 無線智能遠傳水表實現(xiàn)的功能

　　通過廣泛的市場調(diào)研確定無線智能遠傳水表應(yīng)實現(xiàn)以下功能：自動定時或定量上報水量功能;根據(jù)集中器命令控制水表閥門開關(guān)功能;自動報告遠傳水表被破壞或受干擾、用水量異常(過大或過小),、電池電能不足的功能;按管理部門的需要進行參量設(shè)制功能,。

　　2 硬件電路的設(shè)計

　　無線智能遠傳水表的無線通信頻率選擇公用頻段(ISM頻段),。該表采用電池供電，保證市電停電時,，不影響表具對信息的采集和存儲,。根據(jù)行業(yè)標準的要求，電池的使用壽命大于6年,，因此整個產(chǎn)品的設(shè)計要充分考慮耗電量問題,。電池選擇高能鋰電池，通過選擇低功耗器件,、設(shè)定精密的微功耗工作方式來確保電池的使用壽命,。通過采用雙傳感器、軟件糾錯,、抗干擾技術(shù),、加密技術(shù)來保障數(shù)據(jù)采集、存儲,、傳輸?shù)臏蚀_度,。

　　2.1 無線智能遠傳水表的組成單元及功能

　　無線智能遠傳水表主要包括以下單元：單片機、輸入采集,、無線數(shù)傳,、電源、閥門控制,、電壓檢測單元,。其構(gòu)成框圖如圖1所示。

　　2.2 各單元電路的硬件設(shè)計

　　2.2.1 輸入信號采集單元

　　傳感器選擇接觸阻抗低,、無待機功耗,、可靠性好的小型干簧管。作為磁傳感器,，在磁鐵進入干簧管吸合臨界區(qū)的時候,，干簧管會產(chǎn)生多次吸合，導(dǎo)致重復(fù)計量,。為了提高計量的準確性和抗干擾性,，在產(chǎn)品中采用雙傳感器設(shè)計。無論單個傳感器吸合多少次都按照吸合一次計算,，只有兩個傳感器各吸合一次才算是一次有效計量,。本設(shè)計計量單位為0.1t,。當兩個傳感器同時吸合時,，認為是外界強磁干擾，水表執(zhí)行關(guān)閉閥門動作,。設(shè)置單片機RB0,、RB4引腳作為檢測端,。

　　2.2.2 單片機的設(shè)計

　　單片機選擇的是功耗低、抗干擾能力強,、編程調(diào)試方便,、價格低的PICl6F628A芯片。該單片機指令為單字節(jié)指令,，避免程序“跑飛”造成”死機”,。高可靠性的看門狗自帶RC振蕩器，能夠避免程序鎖死,，進一步增加了抗干擾能力,。休眠(斷電)模式功耗為微功耗，工作時可從休眠狀態(tài)喚醒,，精密設(shè)計其工作過程,，可使功耗達到節(jié)約的極限。為了降低整機的功耗,，單片機的主時鐘選用內(nèi)部時鐘4M(通過設(shè)置電源控制寄存器PCON的BIT3=1實現(xiàn)),，這樣單字節(jié)指令執(zhí)行時間為1s，調(diào)用和條件轉(zhuǎn)移指令需要2 μs,。設(shè)置單片機工作平時在睡眠狀態(tài),，只有在定時時間到或有水量信息時才被中斷喚醒。為了降低整機的功耗,，定時器1的時鐘脈沖選擇片外晶體振蕩電路,，晶體頻率是32.768k，配諧電容為22p,，內(nèi)部采用8分頻(通過設(shè)置控制寄存器T1CON的BIT4,，BIT5=1)，這樣當脈沖個數(shù)為24225個時(5FH,0FFH),，定時時間達到10s,。

　　2.2.3 無線數(shù)傳單元的設(shè)計

　　無線數(shù)傳芯片選擇的是高集成度、多通道的RF收發(fā)芯片CC1100,，該芯片控制方便,、功能強大、體積小,、價格低,、功耗低、抗干擾性強,。CC1100的引腳SPI_SCK連接單片機引腳RAl(輸出);SPI_SI連接單片機RA2引腳(輸出);SPI_SO連接單片機RA3引腳(輸入);SPI_CS連接單片機RA6引腳(輸出);GDO0連接單片機RA7引腳(輸入),。

　　CC1100的軟件設(shè)計主要是利用TI公司提供的對該芯片的內(nèi)部寄存器設(shè)置軟件Smart Studio對CC1100控制寄存器進行設(shè)置，在軟件參數(shù)配置時要注意選擇輸出功率為10dBm,中心頻率為433.92MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為10kbps,，將這些主要參數(shù)輸入后,，專用配置軟件將CCll00所有的控制寄存器的參數(shù)值自動換算到該芯片的最優(yōu)化設(shè)置，將這些參數(shù)通過單片機,，按照約定的地址寫入到CC1100特定寄存器,，就可保證CCll00穩(wěn)定可靠地工作。在程序設(shè)計中要定期刷新CC1100控制寄存器的設(shè)置,，防止寄存器中的內(nèi)容在強烈外界干擾環(huán)境中改變,，使芯片不能正常工作。CC1100的軟件設(shè)計要注意,，在無線數(shù)據(jù)傳輸過程中要關(guān)閉其它附屬設(shè)備的工作狀態(tài),，保持傳輸數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性。

　　2.2.4 閥門控制單元的設(shè)計

　　驅(qū)動電磁閥開關(guān)的芯片選擇的是L9110芯片,。該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平的輸入,，具有良好的抗干擾性;兩個輸出端能直接驅(qū)動電機的正反向運動，它具有較大的電流驅(qū)動能力,，每通道能通過800mA的持續(xù)電流,，峰值電流能力可達1.5A;同時它具有較低的輸出飽和壓降;內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負載的反向沖擊電流，驅(qū)動性能安全可靠,。單片機RB5引腳設(shè)置為關(guān)閥控制;RB3引腳設(shè)置為開閥控制;RB2引腳設(shè)置閥門開到位判斷;RBl引腳設(shè)置閥門關(guān)到位判斷,。

　　2.2.5 電源電壓檢測元件的選擇與設(shè)計

　　電壓檢測芯片選擇的是小功率的MCPlll芯片。當電源電壓高于檢測電壓時,，MCPlll輸出保持高電平;若低于檢測電壓時輸出將變?yōu)榈碗娖?，提醒電源電量的不足。設(shè)置單片機引腳RA5為電源電壓檢測輸入引腳,，低電平有效,。該產(chǎn)品設(shè)定MCPlll的檢測電壓為3V;在檢測到電池電壓低提出報警后，仍能保證控制電路板正常工作三個月以上,，為更換電池提供時間余量,。

　　無線智能遠傳水表連接示意圖如圖2所示。

　　3 軟件設(shè)計

　　智能無線遠傳水表的軟件采取模塊化設(shè)計,，程序主要有以下主子程序組成：主程序模塊,、定時中斷處理程序模塊、水量采樣處理程序模塊,、接收無線數(shù)據(jù)處理程序模塊,、數(shù)據(jù)發(fā)射程序模塊。

　　3.1 主程序設(shè)計

　　智能無線遠傳水表上電后,，系統(tǒng)軟件逐個檢測各個功能模塊的工作狀態(tài),。主要包括傳感器模塊檢測,、定時器模塊檢測、閥門執(zhí)行機構(gòu)檢測,、特別是對CCll00的工作參數(shù)設(shè)置以及設(shè)置完成的結(jié)果檢測，這些模塊檢測正常后系統(tǒng)檢測燈熄滅,，系統(tǒng)進入低功耗工作狀態(tài),。進入低功耗工作的系統(tǒng)只有靠中斷才能開啟。開啟系統(tǒng)由低功耗進入工作狀態(tài)的方式有兩種：一種是當有傳感器信號進入時,，傳感器信號開啟中斷系統(tǒng);另一種是定時器時間到后開啟中斷系統(tǒng),。開啟后的系統(tǒng)執(zhí)行完中斷的操作后回到低功耗模式。

　　3.2 定時中斷處理程序設(shè)計

　　定時啟動時間是10s一次,，啟動以后主要功能是：開啟接收機接收查看是否有無線電信號進來,。如果沒有，進入低功耗狀態(tài),，如果有,，則判斷是不是協(xié)議規(guī)定的命令。如果是規(guī)定的命令執(zhí)行相應(yīng)的操作,，否則關(guān)閉接收機,，進入低功耗。定時24小時自動發(fā)射數(shù)據(jù)一次,，定時一個月“洗閥”一次,。

　　3.3 水量采樣處理程序設(shè)計

　　當水表的傳感器有信號來的時候，經(jīng)軟件濾波后判斷是否為有效信號,。若是無效信號則直接退出中斷,，若為有效信號時就進行計數(shù)和水量運算，運算后將數(shù)據(jù)存儲在單片機內(nèi)部的存儲器內(nèi),。分析是否達到發(fā)射水量,，達到發(fā)射水量則發(fā)射數(shù)據(jù)，否則退出中斷,。

　　3.4 接收無線數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計

　　設(shè)置CC1100為接收狀態(tài),，若有接收信號，則等待接收數(shù)據(jù),，讀CC1100寄存器中的接收數(shù)據(jù),。讀完規(guī)定字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)后，進行數(shù)據(jù)解碼,，判斷數(shù)據(jù)的正確性,。數(shù)據(jù)正確，依據(jù)規(guī)定的命令進行相應(yīng)的操作;否則退出接收狀態(tài),。

　　4 結(jié)論

　　通過對無線遠傳智能水表進行的供電參數(shù),、無線電性能,、信號輸出測試、控制功能測試,、水表性能測試,，其主要參數(shù)全部達標，實現(xiàn)了設(shè)計時要求的技術(shù)指標和性能,。本產(chǎn)品在天津自來水公司進行了試用,，數(shù)據(jù)采集的準確率大于92%以上，具有良好的經(jīng)濟和社會效益,。