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　　摘要：隨著社會和經濟的進步，住宅商品化發(fā)展迅速，住宅水、電、氣、熱表的抄表和收費問題日益突出。如何有效解決入戶抄表收費的技術問題，提供一個合理、完整、系統的實施管理方案，需要企業(yè)、科研和公用事業(yè)管理部門共同努力。文章提出了一種利用無線智能遠傳水表系統來解決這一問題。

       隨著社會和經濟的進步，住宅商品化發(fā)展迅速，住宅水、電、氣、熱表的抄表和收費問題日益突出。如何有效解決入戶抄表收費的技術問題，提供一個合理、完整、系統的實施管理方案，需要企業(yè)、科研和公用事業(yè)管理部門共同努力。目前，住宅水、電、氣、熱表遠程抄表系統形式多樣，但市場比較混亂，技術上尚不成熟，沒有一個被市場認可的完整系統實施管理方案。傳統的有線抄表系統布線復雜、可靠性差、維護困難，難以實現管理升級，不能滿足舊樓系統改造的市場要求；而新興GPRS、短信GSM網絡抄表方式使用成本昂貴，不適宜大面積推廣。
　　
　　無線智能遠傳水表系統以其安裝便利、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)智能管理的主導系統。該系統一般由四部分組成，即自來水公司微機數據管理系統、現場數據下載器(手抄機)、數據集中器、無線遠傳智能水表。其中無線智能遠傳水表是整個系統的基礎部分，是信息的產生單元。它一般是在原基表的基礎上，加裝新型傳感器和控制電路板構成。
　　
　　1、無線智能遠傳水表實現的功能
　　
　　無線通信在用戶的使用環(huán)境中容易受到外界環(huán)境的影響，比如說小區(qū)樓棟之間的環(huán)境，小區(qū)樓層的高矮，樓棟之間的距離，城市無線通信環(huán)境的干擾源，小區(qū)房型結構等都有很大程度上的影響。因此，表具的安裝，樓棟集中器的安裝，小區(qū)集中器的安裝，特別是樓棟集中器的無線通信天線，小區(qū)集中器無線通信天線。如果采用手抄器抄取樓棟集中器，樓棟集中器可安裝在樓道內，天線可引道戶外。如果采用小區(qū)集中器采取樓棟集中器，樓棟集中器建議安裝在樓頂。安裝在樓頂的集中器可采用太陽能或220V市電供電。
　　
　　通過分析確定無線智能遠傳水表應實現以下功能：自動定時或定量上報水量功能；根據集中器命令控制水表閥門開關功能；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制功能。
　　
　　2、硬件電路的設計
　　
　　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。根據行業(yè)標準的要求，電池的使用壽命大于6年，因此整個產品的設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、加密技術來保障數據采集、存儲、傳輸的準確度。
　　
　　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、無線數傳、電源、閥門控制、電壓檢測單元。其構成框圖如圖1所示。　　
　　2.2各單元電路的硬件設計
　　
　　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，干簧管會產生多次吸合，導致重復計量。為了提高計量的準確性和抗干擾性，在產品中采用雙傳感器設計。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)行關閉閥門動作。設置單片機RB0、RB4引腳作為檢測端。
　　
　　2.2.2單片機的設計
　　
　　單片機選擇的是是Microchip公司生產的功耗低、抗*力強、編程調試方便、價格低的PICl6F628A芯片。該單片機為精簡指令集型處理器(RISC)，共有35條匯編指令，使用起來簡捷有效。PICl6F628A共有18個引腳，標準工作電壓為5V,外接晶振zui大可以達到20MHz.其內部資源非常豐富，含有2KB的Flash程序存儲器、224B的數據存儲器、2個模擬比較器、1個PWM控制器、1個16位的定時器/計數器，1個8位定時器/計數器，1個8位定時器，以及上電啟動電路、掉電復位電路和看門狗電路等。PICl6F628A還能夠響應定時器、比較器、RB端口等多種硬件中斷合理地使用這些資源可以有效簡化外圍電路，降低產品的成本。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,內部采用8分頻，這樣當脈沖個數為24225個時(5FH,0FFH)，定時時間達到10s.
　　
　　2.2.3無線數傳單元的設計
　　
　　無線數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的軟件設計主要是利用TI公司提供的對該芯片的內部寄存器設置軟件SmartStudio對CC1100控制寄存器進行設置，在軟件參數配置時要注意選擇輸出功率為10dBm,中心頻率為433.92MHz,數據傳輸速率為10kbps,將這些主要參數輸入后，配置軟件將CCll00所有的控制寄存器的參數值自動換算到該芯片的*化設置，將這些參數通過單片機，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。在程序設計中要定期刷新CC1100控制寄存器的設置，防止寄存器中的內容在強烈外界干擾環(huán)境中改變，使芯片不能正常工作。CC1100的軟件設計要注意，在無線數據傳輸過程中要關閉其它附屬設備的工作狀態(tài)，保持傳輸數據的可靠性和穩(wěn)定性。
　　
　　2.2.4閥門控制單元的設計
　　
　　驅動電磁閥開關的芯片選擇的是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動電機的正反向運動，它具有較大的電流驅動能力，每通道能通過800mA的持續(xù)電流，峰值電流能力可達1.;同時它具有較低的輸出飽和壓降；內置的鉗位二極管能釋放感性負載的反向沖擊電流，驅動性能安全可靠。單片機RB5引腳設置為關閥控制；RB3引腳設置為開閥控制；RB2引腳設置閥門開到位判斷；RBl引腳設置閥門關到位判斷。
　　
　　2.2.5電源電壓檢測元件的選擇與設計
　　
　　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。該產品設定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。　　　　
　　3、軟件設計
　　
　　智能無線遠傳水表的軟件采取模塊化設計，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、接收無線數據處理程序模塊、數據發(fā)射程序模塊。
　　
　　3.1主程序設計
　　
　　智能無線遠傳水表上電后，系統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)行機構檢測、特別是對CCll00的工作參數設置以及設置完成的結果檢測，這些模塊檢測正常后系統檢測燈熄滅，系統進入低功耗工作狀態(tài)。進入低功耗工作的系統只有靠中斷才能開啟。開啟系統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；另一種是定時器時間到后開啟中斷系統。開啟后的系統執(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，則判斷是不是協議規(guī)定的命令。如果是規(guī)定的命令執(zhí)行相應的操作，否則關閉接收機，進入低功耗。定時24小時自動發(fā)射數據一次，定時一個月"洗閥"一次。
　　
　　3.3水量采樣處理程序設計
　　
　　當水表的傳感器有信號來的時候，經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和水量運算，運算后將數據存儲在單片機內部的存儲器內。分析是否達到發(fā)射水量，達到發(fā)射水量則發(fā)射數據，否則退出中斷。
　　
　　3.4接收無線數據處理程序設計
　　
　　設置CC1100為接收狀態(tài)，若有接收信號，則等待接收數據，讀CC1100寄存器中的接收數據。讀完規(guī)定字節(jié)數的數據后，進行數據解碼，判斷數據的正確性。數據正確，依據規(guī)定的命令進行相應的操作；否則退出接收狀態(tài)。
　　
　　4、結論
　　
　　通過對無線遠傳智能水表進行的供電參數、無線電性能、信號輸出測試、控制功能測試、水表性能測試，其主要參數全部達標，實現了設計時要求的技術指標和性能。本系統方案采用無線數據傳輸方式，可方便實現戶內儀表的數據出戶、集中及統一管理，系統成本低、可靠性高、易于擴展、方便實現網絡化管理，有效地解決了住宅水、電、氣、熱表的抄表和收費問題，具有很高的經濟和社會效益。