基于PIC16F628A的無線智能遠(yuǎn)傳水表的設(shè)計

O 概述
隨著無線電技術(shù)、通訊技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無線智能遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)以其安裝便利、維護(hù)快捷、不受安裝環(huán)境和布線限制等優(yōu)點(diǎn)，成為了水表行業(yè)智能管理的主導(dǎo)系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般由四部分組成，即自來水公司微機(jī)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)下載器(手抄機(jī))、數(shù)據(jù)集中器、無線遠(yuǎn)傳智能水表。其中無線智能遠(yuǎn)傳水表是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，是信息的產(chǎn)生單元。它一般是在原基表的基礎(chǔ)上，加裝新型傳感器和控制電路板構(gòu)成。

1 無線智能遠(yuǎn)傳水表實現(xiàn)的功能
通過廣泛的市場調(diào)研確定無線智能遠(yuǎn)傳水表應(yīng)實現(xiàn)以下功能：自動定時或定量上報水量功能；根據(jù)集中器命令控制水表閥門開關(guān)功能；自動報告遠(yuǎn)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(jìn)行參量設(shè)制功能。

2 硬件電路的設(shè)計
無線智能遠(yuǎn)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(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，電池的使用壽命大于6年，因此整個產(chǎn)品的設(shè)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(shè)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(shù)、加密技術(shù)來保障數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸?shù)臏?zhǔn)確度。
2．1 無線智能遠(yuǎn)傳水表的組成單元及功能
無線智能遠(yuǎn)傳水表主要包括以下單元：單片機(jī)、輸入采集、無線數(shù)傳、電源、閥門控制、電壓檢測單元。其構(gòu)成框圖如圖1所示。

2．2 各單元電路的硬件設(shè)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(jī)功耗、可靠性好的小型干簧管。作為磁傳感器，在磁鐵進(jìn)入干簧管吸合臨界區(qū)的時候，干簧管會產(chǎn)生多次吸合，導(dǎo)致重復(fù)計量。為了提高計量的準(zhǔn)確性和抗干擾性，在產(chǎn)品中采用雙傳感器設(shè)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(shè)計計量單位為0．1t。當(dāng)兩個傳感器同時吸合時，認(rèn)為是外界強(qiáng)磁干擾，水表執(zhí)行關(guān)閉閥門動作。設(shè)置單片機(jī)RB0、RB4引腳作為檢測端。
2．2．2 單片機(jī)的設(shè)計
單片機(jī)選擇的是功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、編程調(diào)試方便、價格低的PICl6F628A芯片。該單片機(jī)指令為單字節(jié)指令，避免程序“跑飛”造成”死機(jī)”。高可靠性的看門狗自帶RC振蕩器，能夠避免程序鎖死，進(jìn)一步增加了抗干擾能力。休眠(斷電)模式功耗為微功耗，工作時可從休眠狀態(tài)喚醒，精密設(shè)計其工作過程，可使功耗達(dá)到節(jié)約的極限。為了降低整機(jī)的功耗，單片機(jī)的主時鐘選用內(nèi)部時鐘4M(通過設(shè)置電源控制寄存器PCON的BIT3=1實現(xiàn))，這樣單字節(jié)指令執(zhí)行時間為1s，調(diào)用和條件轉(zhuǎn)移指令需要2 μs。設(shè)置單片機(jī)工作平時在睡眠狀態(tài)，只有在定時時間到或有水量信息時才被中斷喚醒。為了降低整機(jī)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(nèi)部采用8分頻(通過設(shè)置控制寄存器T1CON的BIT4，BIT5=1)，這樣當(dāng)脈沖個數(shù)為24225個時(5FH,0FFH)，定時時間達(dá)到10s。
2．2．3 無線數(shù)傳單元的設(shè)計
無線數(shù)傳芯片選擇的是高集成度、多通道的RF收發(fā)芯片CCll00，該芯片控制方便、功能強(qiáng)大、體積小、價格低、功耗低、抗干擾性強(qiáng)。CCll00的引腳SPI_SCK連接單片機(jī)引腳RAl(輸出)；SPI_SI連接單片機(jī)RA2引腳(輸出)；SPI_SO連接單片機(jī)RA3引腳(輸入)；SPI_CS連接單片機(jī)RA6引腳(輸出)；GDO0連接單片機(jī)RA7引腳(輸入)。
CC1100的軟件設(shè)計主要是利用TI公司提供的對該芯片的內(nèi)部寄存器設(shè)置軟件Smart Studio對CCll00控制寄存器進(jìn)行設(shè)置，在軟件參數(shù)配置時要注意選擇輸出功率為10dBm,中心頻率為433．92MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為10kbps，將這些主要參數(shù)輸入后，專用配置軟件將CCll00所有的控制寄存器的參數(shù)值自動換算到該芯片的最優(yōu)化設(shè)置，將這些參數(shù)通過單片機(jī)，按照約定的地址寫入到CCll00特定寄存器，就可保證CCll00穩(wěn)定可靠地工作。在程序設(shè)計中要定期刷新CCll00控制寄存器的設(shè)置，防止寄存器中的內(nèi)容在強(qiáng)烈外界干擾環(huán)境中改變，使芯片不能正常工作。CCll00的軟件設(shè)計要注意，在無線數(shù)據(jù)傳輸過程中要關(guān)閉其它附屬設(shè)備的工作狀態(tài)，保持傳輸數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性。