基于MSP430的無線抄表系統(tǒng)

李海燕

摘要：我國的城市化進程在加速，對于小區(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)與實施應滿足“一戶一表”的需求。本文設(shè)計了基于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，同時管理中心可以對數(shù)據(jù)采集端的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測與管理。

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

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：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，人們對水、電、煤氣、暖氣等各種資源的消費在增長，從而使得對資源消費的計量、收費和管理工作更加復雜，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)應運而生。目前人工抄表方式，不能夠保證數(shù)據(jù)完全準確，并且存在一定的延時，也造成了很多人力資源的浪費，甚至錯抄和漏抄的情況時有發(fā)生。傳統(tǒng)的人工抄表已經(jīng)不能夠適應時代的發(fā)展，不滿足人們對智能化、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)計與實現(xiàn)就被提上了日程。

無線抄表系統(tǒng)能夠自動采集客戶的用電、用水和用氣情況，并且可以通過遠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)對數(shù)據(jù)進行分析處理，完成對客戶用電量、用水量和用氣量的計費、統(tǒng)計。作為智能化系統(tǒng)的重要部分，無線抄表系統(tǒng)具有實時、準確、高效的特點，從根本上改善了傳統(tǒng)手工抄表方式的缺點，使得對于水、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)與遠程計算機連接，可以實現(xiàn)對各表的集中和定時抄錄，并且及時進行分析和統(tǒng)計。

2 系統(tǒng)功能

無線抄表系統(tǒng)主要可以實現(xiàn)以下功能：

1）實現(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）實現(xiàn)在線對水表、電表、燃氣表、暖氣表的計量。

3）實時監(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）實現(xiàn)遠程控制開關(guān)閥門的功能。

6）如果水表、電表、燃氣表、暖氣表四表出現(xiàn)異常，及時向管理中心匯報，相關(guān)部分收到消息后能夠及時維護和解決問題。

3 硬件設(shè)計

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單片機和CC1101無線模塊構(gòu)成，采集終端的構(gòu)成主要由MSP430F4152單片機和CC1101無線模塊兩個部分構(gòu)成，基站的構(gòu)成主要由MSP430F4152和CC1101無線模塊以及UART串口這三個部分構(gòu)成，其中采集終端主要負責的是采集能耗表（水表、煤氣表、電表等）的數(shù)據(jù)，同時在采集終端上面，還設(shè)計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。同時為了降低板子的成本，我們在設(shè)計的時候做了以下的考慮：第一、MSP430F4152采用的是內(nèi)部晶振，因為不需要外接輔助的晶振，省去了晶振的花費；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，這樣就使得整個板子尺寸很小，使用的時候也比較的方便；第三、復位電路的設(shè)計，我們采用的是上電復位，而不是通過手動的按鍵復位。在整個系統(tǒng)中MSP430單片機與無線模塊的連接采用的是SPI接口模塊 ，同時為了與上位機軟件進行通信，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)送至上位機軟件。因此我們可以通過上位機觀察數(shù)據(jù)量的值。

圖1

圖2

4 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)程序的總體設(shè)計采用的狀態(tài)機的方式進行展開的，我們在程序中定義了以下幾個狀態(tài)機制，睡眠狀態(tài)、等待狀態(tài)、事件狀態(tài)這三個狀態(tài)，為了低功耗的要求，我們設(shè)計的抄表系統(tǒng)，在通常的情況下，處于的是睡眠狀態(tài)，此時的功耗非常的低，然后通過看門狗定時器，延時一個是時間進入到等待狀態(tài)，由于整個程序一上電處于的是低功耗模式3，因為在低功耗模式3當中，主系統(tǒng)時鐘子系統(tǒng)時鐘等是不能運行的，此時只有子系統(tǒng)時鐘可用，因此這邊的延時喚醒只能采用的是看門狗定時器，因為看門狗定時器的時鐘來源，可用選擇的是輔助時鐘，輔助時鐘在低功耗模式3下是可以運行的，看門狗定時時間到我們進入到等待狀態(tài)，在等待狀態(tài)中，我們設(shè)計的是多久處理事件，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)計我們的等待的時間等，當?shù)却龝r間到了，我們就進入到了事件狀態(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存儲當前抄表中的數(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、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，并不會影響到單表數(shù)據(jù)的采集和存儲，表的數(shù)據(jù)仍然可以準確讀出并記錄，當無線通信恢復后，系統(tǒng)自動重新發(fā)送數(shù)據(jù)到管理中心，不需要復位，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，而是通過遠程無線收發(fā)數(shù)據(jù)信息，使得安裝和維護更加方便。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)點在于安裝靈活、費用低廉而且適應建筑智能化中安裝的可移動性。

參考文獻：

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[3] 周和平，林峰浩. zigbee無線自動化抄表系統(tǒng)的應用[J].供用電，2009（2）.