基于PIC16F628A的無線智能遠傳水表的設計

O 概述
隨著無線電技術、通訊技術和單片機技術的發展，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
通過廣泛的市場調研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。該單片機指令為單字節指令，避免程序“跑飛”造成”死機”。高可靠性的看門狗自帶RC振蕩器，能夠避免程序鎖死，進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喚醒，精密設計其工作過程，可使功耗達到節約的極限。為了降低整機的功耗，單片機的主時鐘選用內部時鐘4M(通過設置電源控制寄存器PCON的BIT3=1實現)，這樣單字節指令執行時間為1s，調用和條件轉移指令需要2 μs。設置單片機工作平時在睡眠狀態，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(通過設置控制寄存器T1CON的BIT4，BIT5=1)，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CCll00，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。CCll00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)。
CC1100的軟件設計主要是利用TI公司提供的對該芯片的內部寄存器設置軟件Smart Studio對CCll00控制寄存器進行設置，在軟件參數配置時要注意選擇輸出功率為10dBm,中心頻率為433．92MHz，數據傳輸速率為10kbps，將這些主要參數輸入后，專用配置軟件將CCll00所有的控制寄存器的參數值自動換算到該芯片的最優化設置，將這些參數通過單片機，按照約定的地址寫入到CCll00特定寄存器，就可保證CCll00穩定可靠地工作。在程序設計中要定期刷新CCll00控制寄存器的設置，防止寄存器中的內容在強烈外界干擾環境中改變，使芯片不能正常工作。CCll00的軟件設計要注意，在無線數據傳輸過程中要關閉其它附屬設備的工作狀態，保持傳輸數據的可靠性和穩定性。