隨著社會和經濟的進步,住宅商品化發展迅速,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、科研和公用事業管理部門共同努力。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、不受安裝環境和布線限制等優點,成為了水表行業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境中容易受到外界環境的影響,比如說小區樓棟之間的環境,小區樓層的高矮,樓棟之間的距離,城市無線通信環境的干擾源,小區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,小區集中器的安裝,特別是樓棟集中器的無線通信天線,小區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、抗干擾能力強、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5 V,外接晶振最大可以達到20 MHz.其內部資源非常豐富,含有2 KB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)。
3 軟件設計