基于MSP430单片机的网络智能电子水表的设计

　　0　引言

　　随着现代微电子技术的迅猛发展,在新型电子水表的开发设计过程中,以单片机为处理核心单元实现流量数据的采样与累加已经成为一种趋势。目前新型水表的开发研制,都遵循计量准确、低功耗、数据传输可靠、能够远程抄表管理等原则。

　　本设计利用德州仪器(TI)公司超低功耗单片机MSP430F1232作为主控芯片,开发了一种网络型智能电子水表系统。这种水表除具有传统水表的功能外,还将一个住户单元的数据统一收集,并着重考虑了用水量信号采集的计量准确性,采用了双霍尔传感器检测方法。综合了抄表方式中总线制和分线制的优点,采用了单芯片多路采集用户水量的设计方案。

　　1　系统功能和总体结构

　　1.1　系统功能

　　本设计的智能网络水表适合传统机械水表的改造,并具有下列功能:①数据采集,通过传感器将水流量转化为脉冲信号,记录用水量;②实时用水量显示,抄表人员通过打开LED显示开关,观察已用水量信息,抄表完毕可以关闭显示;③上位机管理界面,通过与上位机通信,可以在PC机界面上显示及修改各户用水量数据、用户户号、系统复位次数以及检测电池电压是否欠压等。

　　1.2　系统总体结构

　　该网络智能电子水表系统共分为上位机管理部分、远程集中抄表部分和智能网络水表表体部分三层结构。多个分散的智能网络水表通过RS-485总线和集中器连接,各个集中器再通过调制解调器与上位机(PC机)相连,形成组网结构。系统总体框图如图1所示。

　　目前国内应用的网络智能水表系统的抄表方式主要有两种:

　　①分线制集中抄表方式:水表只计量流经管道的水量,并不对数据进行存储,该水表内置计数传感器,将生成的电子计量信号经传输线送至集中器,再由管理中心PC机通过数据采集器读取用户消费量。远传水表计费是自来水行业发展的趋势,由于其对通信网络等技术有较高的要求,从现阶段实际情况看,还存在布线困难、需要人员维护的缺点,并且如出现断电等特殊情况容易造成数据丢失。

　　②总线制抄表方式:在设计水表电子部分硬件时将采集、计数工作单元均安装在智能水表内并密封,水表的数据采集、处理、存贮等基础工作全由智能水表本身完成,外留接口进行数据通信。因智能水表挂接的总线通/断不影响单表数据采集和保存,也不影响其它水表数据的输出,所以其安全性、稳定性是较可靠的。但由于单表内设置单片机和后备电源,成本较高,推广普及较慢。

　　本设计综合考虑了抄表方式中总线制和分线制的优缺点,将传统旋翼式湿式水表内置霍尔传感器,通过带有磁铁的叶轮转动,传感器产生电子计量信号。16路用户的信号传输线共同连接至由单MSP430芯片搭建的网络智能水表上,智能水表通过轮询方式,分时采集16路用户信号,同时进行16路用户数据的处理和存储。当上位机发出通信指令时,智能水表通过其RS-485接口连接至集中器进行数据交换和通信。这种方案设计既可以节省成本,又可以避免数据在较长的传输路径中受到干扰或意外中断破坏,保证了一定的通信稳定性。