李海燕

摘要：我國的城市化進(jìn)程在加速，對(duì)于小區(qū)中的水表、電表、氣表和暖表的管理也顯得日益重要。根據(jù)相關(guān)文件，智能小區(qū)的建設(shè)與實(shí)施應(yīng)滿足“一戶一表”的需求。本文設(shè)計(jì)了基于MSP430的無線抄表系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集端通過基站和遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)通信，將采集到的各表數(shù)據(jù)傳輸給管理中心，同時(shí)管理中心可以對(duì)數(shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與管理。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)抄表系統(tǒng)；MSP430單片機(jī)；CC1101無線模塊

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）11-0206-02

1 前言

隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們生活水平的提高，人們對(duì)水、電、煤氣、暖氣等各種資源的消費(fèi)在增長(zhǎng)，從而使得對(duì)資源消費(fèi)的計(jì)量、收費(fèi)和管理工作更加復(fù)雜，因此人們迫切需要一種能夠提高管理效率以及更加智能化的產(chǎn)品，無線抄表系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前人工抄表方式，不能夠保證數(shù)據(jù)完全準(zhǔn)確，并且存在一定的延時(shí)，也造成了很多人力資源的浪費(fèi)，甚至錯(cuò)抄和漏抄的情況時(shí)有發(fā)生。傳統(tǒng)的人工抄表已經(jīng)不能夠適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，不滿足人們對(duì)智能化、高質(zhì)量、高效率生活的需求，而無線抄表系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)也顯現(xiàn)出來，這樣能夠統(tǒng)一抄收并集中傳送水、電、煤氣、暖氣四表數(shù)據(jù)的無線抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)就被提上了日程。

無線抄表系統(tǒng)能夠自動(dòng)采集客戶的用電、用水和用氣情況，并且可以通過遠(yuǎn)程無線通信方式將采集到的客戶數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)管理中心，然后由管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，完成對(duì)客戶用電量、用水量和用氣量的計(jì)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)。作為智能化系統(tǒng)的重要部分，無線抄表系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的特點(diǎn)，從根本上改善了傳統(tǒng)手工抄表方式的缺點(diǎn)，使得對(duì)于水、電、氣的管理逐步智能化，也更加方便。在無線抄表系統(tǒng)中，將數(shù)據(jù)采集終端通過通信網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各表的集中和定時(shí)抄錄，并且及時(shí)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。

2 系統(tǒng)功能

無線抄表系統(tǒng)主要可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）實(shí)現(xiàn)抄錄各表數(shù)據(jù)，智能化無人值守，節(jié)省了人力資源。

2）實(shí)現(xiàn)在線對(duì)水表、電表、燃?xì)獗怼⑴瘹獗淼挠?jì)量。

3）實(shí)時(shí)監(jiān)控小區(qū)用戶的用水、用電量，有效地節(jié)約水電資源。

4）在線監(jiān)控突發(fā)性的用電、用氣事故，系統(tǒng)輔助分析造成事故的原因。

5）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制開關(guān)閥門的功能。

6）如果水表、電表、燃?xì)獗怼⑴瘹獗硭谋沓霈F(xiàn)異常，及時(shí)向管理中心匯報(bào)，相關(guān)部分收到消息后能夠及時(shí)維護(hù)和解決問題。

3 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用的采集終端及其基站主要使用的是由TI公司的MSP430F4152單片機(jī)和CC1101無線模塊構(gòu)成，采集終端的構(gòu)成主要由MSP430F4152單片機(jī)和CC1101無線模塊兩個(gè)部分構(gòu)成，基站的構(gòu)成主要由MSP430F4152和CC1101無線模塊以及UART串口這三個(gè)部分構(gòu)成，其中采集終端主要負(fù)責(zé)的是采集能耗表（水表、煤氣表、電表等）的數(shù)據(jù)，同時(shí)在采集終端上面，還設(shè)計(jì)了顯示模塊這一部分，顯示模塊我們采用的是段式液晶。本系統(tǒng)采用的段式液晶，顯示采集到的數(shù)據(jù)量的值。同時(shí)為了降低板子的成本，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候做了以下的考慮：第一、MSP430F4152采用的是內(nèi)部晶振，因?yàn)椴恍枰饨虞o助的晶振，省去了晶振的花費(fèi)；第二、減小板子的尺寸，我們采用的下載接口的電路是四線JTAG下載接口，而不是采用14芯牛角插座的形式進(jìn)行程序的下載，這樣可以節(jié)省很大的面積，用來放置元器件等，同時(shí)板子上的所有的芯片我們?nèi)坎捎玫氖琴N片的形式，這樣就使得整個(gè)板子尺寸很小，使用的時(shí)候也比較的方便；第三、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)，我們采用的是上電復(fù)位，而不是通過手動(dòng)的按鍵復(fù)位。在整個(gè)系統(tǒng)中MSP430單片機(jī)與無線模塊的連接采用的是SPI接口模塊 ，同時(shí)為了與上位機(jī)軟件進(jìn)行通信，我們采用UART異步通信接口模塊，這樣可以把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)軟件。因此我們可以通過上位機(jī)觀察數(shù)據(jù)量的值。

圖1

圖2

4 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)程序的總體設(shè)計(jì)采用的狀態(tài)機(jī)的方式進(jìn)行展開的，我們?cè)诔绦蛑卸x了以下幾個(gè)狀態(tài)機(jī)制，睡眠狀態(tài)、等待狀態(tài)、事件狀態(tài)這三個(gè)狀態(tài)，為了低功耗的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的抄表系統(tǒng)，在通常的情況下，處于的是睡眠狀態(tài)，此時(shí)的功耗非常的低，然后通過看門狗定時(shí)器，延時(shí)一個(gè)是時(shí)間進(jìn)入到等待狀態(tài)，由于整個(gè)程序一上電處于的是低功耗模式3，因?yàn)樵诘凸哪Ｊ?當(dāng)中，主系統(tǒng)時(shí)鐘子系統(tǒng)時(shí)鐘等是不能運(yùn)行的，此時(shí)只有子系統(tǒng)時(shí)鐘可用，因此這邊的延時(shí)喚醒只能采用的是看門狗定時(shí)器，因?yàn)榭撮T狗定時(shí)器的時(shí)鐘來源，可用選擇的是輔助時(shí)鐘，輔助時(shí)鐘在低功耗模式3下是可以運(yùn)行的，看門狗定時(shí)時(shí)間到我們進(jìn)入到等待狀態(tài)，在等待狀態(tài)中，我們?cè)O(shè)計(jì)的是多久處理事件，例如一秒采集一次數(shù)據(jù)或者是一秒傳輸一次數(shù)據(jù)等，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)我們的等待的時(shí)間等，當(dāng)?shù)却龝r(shí)間到了，我們就進(jìn)入到了事件狀態(tài)，事件狀態(tài)是我們要做的所有的事，例如單片機(jī)與無線模塊的通信，段式液晶顯示采集到數(shù)據(jù)量，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)當(dāng)前抄表中的數(shù)據(jù)值，UART串口將抄表數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)等等一些列的操作。

圖3

程序的主要部分如下：

#include "clock.h"

#include "wdt.h"

#include "io.h"

#include "lcd.h"

#include "led.h"

#include "timera.h"

#include "rtc.h"

#include "uart.h"

#include "flash.h"

void APP_FSM（void）；

void APP_Sleep_Status（void）；

void APP_Wait_Status（void）；

void APP_Event_Status（void）；

void main（）

{

HAL_Init_Clock（）；

HAL_Init_IO（）；

HAL_Init_Wdt（）；

HAL_Init_RTC（）；

HAL_Init_Uart（）；

devSleepRdy = FALSE；

devState = DEVICE_SLEEP_STATUS；

HAL_Init_Timer_A（）；

HAL_Init_Flash（）；

_EINT（）；

APP_FSM（）；

}

void APP_FSM（void）

{

for（；；）

{

switch （devState）

{

case DEVICE_SLEEP_STATUS：

APP_Sleep_Status（）；

break；

case DEVICE_WAIT_STATUS：

APP_Wait_Status（）；

break；

case DEVICE_EVENT_STATUS：

APP_Event_Status（）；

break；

default：

break；

}

}

}

void APP_Sleep_Status（void）

{

if（！devSleepRdy）

{

devSleepRdy = TRUE； （ 下轉(zhuǎn)第212頁）

（上接第207頁）

HAL_Start_Wdt（3）；

LPM3；

}

}

void APP_Wait_Status（void）

{

if（！devWaitRdy）

{

devWaitRdy = TRUE；

HAL_Toggle_Led（1）；

disp（）；

HAL_Start_Wdt（3）；

}

}

void APP_Event_Status（void）

{

if（！devEventRdy）

{

devEventRdy = TRUE；

delay_ms（1000）；

devSleepRdy = FALSE；

devState = DEVICE_SLEEP_STATUS；

}

}

5 總結(jié)

無線抄表系統(tǒng)是中國智能建筑發(fā)展的需求，也是抄表方式發(fā)展的方向。無線抄表系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)單元都是安裝在各表內(nèi)并且密封，各表的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳送與處理等一系列工作都是由此表自身完成，另外，如果各表出現(xiàn)無線通信中斷，并不會(huì)影響到單表數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，表的數(shù)據(jù)仍然可以準(zhǔn)確讀出并記錄，當(dāng)無線通信恢復(fù)后，系統(tǒng)自動(dòng)重新發(fā)送數(shù)據(jù)到管理中心，不需要復(fù)位，此無線抄表系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定。無線抄表系統(tǒng)不需要鋪設(shè)有線設(shè)施，而是通過遠(yuǎn)程無線收發(fā)數(shù)據(jù)信息，使得安裝和維護(hù)更加方便。與采用了有線通信方式的其他相關(guān)產(chǎn)品相比而言，無線解決方案的優(yōu)點(diǎn)在于安裝靈活、費(fèi)用低廉而且適應(yīng)建筑智能化中安裝的可移動(dòng)性。

參考文獻(xiàn)：

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