基于GPRS的自來水流量監(jiān)測(cè)終端的設(shè)計(jì)

圖2 監(jiān)測(cè)終端的硬件組成

1 PIC16F877A單片機(jī)
鑒于監(jiān)測(cè)終端設(shè)置在無人看管、環(huán)境較惡劣的地方，要求抗干擾能力強(qiáng)、性能可靠，采用了Microchip公司的PIC單片機(jī)中的PIC16F877A。

PIC16F877A單片機(jī)內(nèi)部有8K*14的Flash程序存儲(chǔ)器和368B的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；采用哈佛結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)線和指令線分離，取數(shù)據(jù)和取指令可以同時(shí)進(jìn)行，執(zhí)行效率高、速度快。

2 GPRS DTU
無線通信模塊采用成都眾山科技有限公司的ZSD2110 GPRS DTU。ZSD2110是一款使用GPRS進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K端設(shè)備，支持PPP、TCP、UDP、ICMP等眾多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持透明數(shù)據(jù)傳輸和用戶自由控制傳輸模式，同時(shí)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、設(shè)備間、設(shè)備與中心間等各種不同的通信模式。

3 串行通信接口
從圖2中可看出，單片機(jī)采集數(shù)據(jù)以及跟DTU之間的通信都是通過串行接口，而PIC16F877A只有一個(gè)USART接口。這里采用分時(shí)復(fù)用的原則，通過一片4位總線開關(guān)芯片F(xiàn)ST3125在流量計(jì)與DTU之間切換，平時(shí)與流量計(jì)接通，采集數(shù)據(jù)，上傳時(shí)間到時(shí)，斷開與流量計(jì)的連接，接通DTU，上傳數(shù)據(jù)（必要時(shí)完成校時(shí)）。

4 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘
實(shí)時(shí)時(shí)鐘用于提供系統(tǒng)采樣、定時(shí)上傳、記錄斷電/復(fù)電時(shí)間等操作的時(shí)間基準(zhǔn)，是本系統(tǒng)不可缺少的一部分。本設(shè)計(jì)選用了DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。

DS1302使用32.768kHz的外部晶振，該振蕩電路不需要外接任何電阻或電容，設(shè)計(jì)簡單。需要注意的是，在晶振的選擇上，只能選用負(fù)載電容為6pF的32.768kHz晶振，否則可能會(huì)導(dǎo)致晶振不能起振，DS1302不計(jì)時(shí)的問題。

5 SPI Flash存儲(chǔ)器
采用串行Flash作為外部存儲(chǔ)器，記錄歷史數(shù)據(jù)和斷電/復(fù)電時(shí)間。與以往的并行存儲(chǔ)器或鐵電存儲(chǔ)器相比，串行存儲(chǔ)器具有很大優(yōu)勢(shì)。并行存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量大，讀寫速度快，但是抗干擾能力差；鐵電存儲(chǔ)器采用串行接口，抗干擾能力強(qiáng)，也具有很高的靈活性，可以單字節(jié)讀寫(不需要擦除，可直接改寫數(shù)據(jù))，但其存儲(chǔ)密度小，單位成本高，讀寫速度較慢。而本系統(tǒng)中采用的M25P16存儲(chǔ)器綜合了這二者的優(yōu)點(diǎn)，不僅存儲(chǔ)容量大，讀寫速度快，而且抗干擾能力強(qiáng)，占用MCU引腳資源少。

6 供電電路及掉電檢測(cè)
整個(gè)電路板上器件都工作在5V電壓下。

除了正常供電外，為保證在突然斷電的情況下，能及時(shí)記錄斷電時(shí)間，以備向監(jiān)控中心報(bào)告，還需要備用電源以及斷電檢測(cè)電路。本系統(tǒng)主電源采用UPS供電，可保證在交流電斷電的情況下仍能工作，另外從220V交流電直接接一電源作為掉電檢測(cè)電路的輸入，經(jīng)光耦隔離，連接到單片機(jī)的RB0引腳，斷電時(shí)，觸發(fā)單片機(jī)的RB0外部中斷實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)，讀取當(dāng)前DS1302的時(shí)間保存到Flash存儲(chǔ)器，并經(jīng)DTU上傳到監(jiān)控中心，然后使單片機(jī)進(jìn)入低功耗工作狀態(tài)。恢復(fù)供電時(shí)，同樣要記錄復(fù)電時(shí)間并上傳。