基于PICl6F628A芯片的无线远传水表设计方案

　　随着社会和经济的进步，住宅商品化发展迅速，住宅水、电、气、热表的抄表和收费问题日益突出。如何有效解决入户抄表收费的技术问题，提供一个合理、完整、系统的实施管理方案，需要企业、科研和公用事业管理部门共同努力。目前，住宅水、电、气、热表远程抄表系统形式多样，但市场比较混乱，技术上尚不成熟，没有一个被市场认可的完整系统实施管理方案。传统的有线抄表系统布线复杂、可靠性差、维护困难，难以实现管理升级，不能满足旧楼系统改造的市场要求；而新兴GPRS、短信GSM网络抄表方式使用成本昂贵，不适宜大面积推广。

　　无线智能远传水表系统以其安装便利、维护快捷、不受安装环境和布线限制等优点，成为了水表行业智能管理的主导系统。该系统一般由四部分组成，即自来水公司微机数据管理系统、现场数据下载器（手抄机）、数据集中器、无线远传智能水表。其中无线智能远传水表是整个系统的基础部分，是信息的产生单元。它一般是在原基表的基础上，加装新型传感器和控制电路板构成。

　　1 无线智能远传水表实现的功能

　　无线通信在用户的使用环境中容易受到外界环境的影响，比如说小区楼栋之间的环境，小区楼层的高矮，楼栋之间的距离，城市无线通信环境的干扰源，小区房型结构等都有很大程度上的影响。因此，表具的安装，楼栋集中器的安装，小区集中器的安装，特别是楼栋集中器的无线通信天线，小区集中器无线通信天线。如果采用手抄器抄取楼栋集中器，楼栋集中器可安装在楼道内，天线可引道户外。如果采用小区集中器采取楼栋集中器，楼栋集中器建议安装在楼顶。安装在楼顶的集中器可采用太阳能或220V市电供电。

　　通过分析确定无线智能远传水表应实现以下功能：自动定时或定量上报水量功能；根据集中器命令控制水表阀门开关功能；自动报告远传水表被破坏或受干扰、用水量异常（过大或过小）、电池电能不足的功能；按管理部门的需要进行参量设制功能。

　　2 硬件电路的设计

　　无线智能远传水表的无线通信频率选择公用频段（ISM频段）。该表采用电池供电，保证市电停电时，不影响表具对信息的采集和存储。根据行业标准的要求，电池的使用寿命大于6年，因此整个产品的设计要充分考虑耗电量问题。电池选择高能锂电池，通过选择低功耗器件、设定精密的微功耗工作方式来确保电池的使用寿命。通过采用双传感器、软件纠错、抗干扰技术、加密技术来保障数据采集、存储、传输的准确度。

　　2.1 无线智能远传水表的组成单元及功能

　　无线智能远传水表主要包括以下单元：单片机、输入采集、无线数传、电源、阀门控制、电压检测单元。其构成框图如图1所示。 

　　2.2 各单元电路的硬件设计

　　2.2.1 输入信号采集单元

　　传感器选择接触阻抗低、无待机功耗、可靠性好的小型干簧管。作为磁传感器，在磁铁进入干簧管吸合临界区的时候，干簧管会产生多次吸合，导致重复计量。为了提高计量的准确性和抗干扰性，在产品中采用双传感器设计。无论单个传感器吸合多少次都按照吸合一次计算，只有两个传感器各吸合一次才算是一次有效计量。本设计计量单位为0.1t.当两个传感器同时吸合时，认为是外界强磁干扰，水表执行关闭阀门动作。设置单片机RB0、RB4引脚作为检测端。

　　2.2.2 单片机的设计

　　单片机选择的是是Microchip公司生产的功耗低、抗干扰能力强、编程调试方便、价格低的PICl6F628A芯片。该单片机为精简指令集型处理器（RISC），共有35条汇编指令，使用起来简捷有效。PICl6F628A共有18个引脚，标准工作电压为5 V,外接晶振最大可以达到20 MHz.其内部资源非常丰富，含有2 KB的Flash程序存储器、224B的数据存储器、2个模拟比较器、1个PWM控制器、1个16位的定时器/计数器，1个8位定时器/计数器，1个8位定时器，以及上电启动电路、掉电复位电路和看门狗电路等。PICl6F628A还能够响应定时器、比较器、RB端口等多种硬件中断合理地使用这些资源可以有效简化外围电路，降低产品的成本。为了降低整机的功耗，定时器1的时钟脉冲选择片外晶体振荡电路，晶体频率是32.768k,配谐电容为22p,内部采用8分频，这样当脉冲个数为24225个时（5FH,0FFH），定时时间达到10s.

　　2.2.3 无线数传单元的设计

　　无线数传芯片选择的是高集成度、多通道的RF收发芯片CC1100,该芯片控制方便、功能强大、体积小、价格低、功耗低、抗干扰性强。CC1100的引脚SPI_SCK连接单片机引脚RAl（输出）；SPI_SI连接单片机RA2引脚（输出）；SPI_SO连接单片机RA3引脚（输入）；SPI_CS连接单片机RA6引脚（输出）；GDO0连接单片机RA7引脚（输入）。

　　CC1100的软件设计主要是利用TI公司提供的对该芯片的内部寄存器设置软件Smart Studio对CC1100控制寄存器进行设置，在软件参数配置时要注意选择输出功率为10dBm,中心频率为433.92MHz,数据传输速率为10kbps,将这些主要参数输入后，专用配置软件将CCll00所有的控制寄存器的参数值自动换算到该芯片的最优化设置，将这些参数通过单片机，按照约定的地址写入到CC1100特定寄存器，就可保证CCll00稳定可靠地工作。在程序设计中要定期刷新CC1100控制寄存器的设置，防止寄存器中的内容在强烈外界干扰环境中改变，使芯片不能正常工作。CC1100的软件设计要注意，在无线数据传输过程中要关闭其它附属设备的工作状态，保持传输数据的可靠性和稳定性。