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0 前言

    隨著社會(huì)的迅速發(fā)展，智能小區(qū)逐漸進(jìn)入人們的生活，而自動(dòng)抄表系統(tǒng)是智能小區(qū)的重要功能之一。在水、電、氣管理方面，采用自動(dòng)抄表技術(shù)，不僅能節(jié)約人力資源，更重要的是可提高抄表的準(zhǔn)確性，減少因估計(jì)或謄寫而造成帳單出錯(cuò)的現(xiàn)象，使水、電、氣管理部門能及時(shí)準(zhǔn)確獲得數(shù)據(jù)信息。而且用戶不再需要與抄表者預(yù)約上門抄表時(shí)間，還能迅速查詢帳單，所以這種技術(shù)越來越受到用戶歡迎。
    本文針對(duì)目前市場(chǎng)上自動(dòng)抄表系統(tǒng)價(jià)格不菲的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出一種由零功耗磁敏傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，利用MSP430系列超低功耗單片機(jī)的捕獲功能捕獲信號(hào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。而且該采集系統(tǒng)價(jià)格相對(duì)低廉，性能可靠，適用于水、煤氣、電表的遠(yuǎn)傳采集。數(shù)據(jù)傳輸總線選用M-BUS，傳輸速度快、距離遠(yuǎn)、可靠性高。

1 工作原理

    該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是對(duì)傳統(tǒng)電表、水表、氣表抄表系統(tǒng)加以改進(jìn)，使其適合遠(yuǎn)傳抄表。以普通的煤氣表為例，選擇在基表最后一級(jí)齒輪處加一磁鐵（不算顯示部分的逐級(jí)傳遞齒輪）。該級(jí)齒輪每轉(zhuǎn)一圈，都要撥動(dòng)顯示部分的逐級(jí)傳遞齒輪8次，而每撥一次是0.001立方米，所以，該級(jí)齒輪每轉(zhuǎn)一圈，共計(jì)0.008立方米的煤氣。也就是最后一級(jí)齒輪每轉(zhuǎn)125圈，即撥動(dòng)顯示部分的逐級(jí)傳遞齒輪1000次，煤氣表的顯示部分的計(jì)數(shù)為1立方米。而當(dāng)小磁鐵經(jīng)過零功耗磁敏傳感器表面時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，利用MSP430單片機(jī)的捕獲功能捕獲到信號(hào)，引起中斷，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)地址1自加一，若加到150，地址2自加1，地址1清零。存儲(chǔ)區(qū)地址2中的數(shù)據(jù)就是煤氣表基表的數(shù)據(jù)。當(dāng)總線要求單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)先確定是否可以傳輸數(shù)據(jù)，若可以，將地址2中的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩存，一位位的將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；若不可以，等單片機(jī)空閑時(shí)再發(fā)送數(shù)據(jù)。

2 主要特點(diǎn)

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要具有以下一些特點(diǎn)：
（1）采用零功耗磁敏傳感器作為采集前端，工作時(shí)無(wú)須使用外加電源，且無(wú)觸點(diǎn)、耐腐蝕、防水，壽命很長(zhǎng)。
（2）采用MSP430系列單片機(jī)中的MSP430F449作為數(shù)據(jù)處理芯片，性能優(yōu)良，價(jià)格低廉。
（3）采用M-BUS總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸距離遠(yuǎn)，速度快，可靠性高。
（4）采集電路功耗很低，可采用鋰電池供電或采用M-BUS總線進(jìn)行供電。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備選型
    選用的TI公司的16位Flash型MSP430系列是一個(gè)超低功耗類型的單片機(jī)，特別適合于電池應(yīng)用的場(chǎng)合或手持設(shè)備。在超低功耗方面，該單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)在1.8V~3.6V電壓、1MHz的時(shí)鐘條件下，耗電電流在0.1~400 A之間；在片內(nèi)外設(shè)方面，含有P0~P6七個(gè)I/O口、2個(gè)定時(shí)器（Timer_A、Timer_B）、1個(gè)看門狗、內(nèi)部集成2K的ROM和60K的RAM，可十萬(wàn)次重復(fù)編程；且MSP430系列單片機(jī)均為工業(yè)級(jí)的產(chǎn)品，運(yùn)行環(huán)境溫度為 ；在價(jià)格方面，MSP430系列單片機(jī)一般只有幾十元。由此可以看出MSP430系列單片機(jī)的性價(jià)比不錯(cuò)，而且完全能夠滿足系統(tǒng)開發(fā)的需要。
    在遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)中，有多種傳感器可被選用，常用的有光電傳感器和霍爾傳感器。但光電式傳感器和霍爾傳感器工作時(shí)，都需要供電，電流一般為毫安級(jí)，這將導(dǎo)致供電電池的極大耗費(fèi)；對(duì)于煤氣表來說，在基表中通電還會(huì)引起安全方面的問題。本文選用零功耗磁敏傳感器，它工作時(shí)無(wú)須使用外加電源，適用于微功耗儀表，在遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)中是一種較好的采集用傳感器。
    零功耗磁敏傳感器是利用韋根德效應(yīng)制成的，又名韋根德傳感器。其工作原理是利用磁性雙穩(wěn)態(tài)功能合金材料中的磁疇在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特性制作而成的。當(dāng)外磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，磁疇磁化方向瞬間發(fā)生翻轉(zhuǎn)，而當(dāng)外磁場(chǎng)撤離后，它又瞬間恢復(fù)到原有的磁化方向，由此在合金材料周圍的檢測(cè)線圈中會(huì)感生出電脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。
    M-BUS總線是歐洲新型總線結(jié)構(gòu)-儀表總線，由德國(guó)paderborm大學(xué)的Ziegler教授和德國(guó)Techem AG公司以及德國(guó)的Texas intrument公司共同開發(fā)的，采用新的儀表總線和相關(guān)的技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)據(jù)有以下特點(diǎn)。
    (1)可采用普通的雙絞線電纜連接，可采用任意總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（星形、樹形等），使系統(tǒng)布線施工簡(jiǎn)單、擴(kuò)展靈活。
    (2)最大的總線長(zhǎng)度可以達(dá)到1km(波特率 9600bps時(shí))。
    (3)系統(tǒng)的每一個(gè)標(biāo)記具有唯一的地址碼，方便管理。
    (4)雙絞線同時(shí)完成數(shù)據(jù)通信和提供表具的電源，可為用戶提供3中供電方式(遠(yuǎn)程供電，電池和遠(yuǎn)程供電，以及運(yùn)用光耦合后單一的電池供電)。
    (5)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)(300~9600)bps半雙工異步通訊。通訊媒介可采用普通雙絞線，總線極性可互換，并可以通過中繼器擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)的覆蓋范圍。
    (6)系統(tǒng)都有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換器,該轉(zhuǎn)換器提供RS-232或者RS-485接口,以實(shí)現(xiàn)與中心計(jì)算機(jī)通信.該系統(tǒng)最多可以有連接250個(gè)用戶表,如圖1所示。

4 結(jié)論

    本文從采集數(shù)據(jù)的安全性和可靠性兩個(gè)方面著手，選用了新型傳感器和低功耗MSP430系列單片機(jī)，設(shè)計(jì)出了用于遠(yuǎn)傳抄表的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用M-BUS總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在M-UBS調(diào)試器軟件環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采集部分捕獲信號(hào)準(zhǔn)確率高，電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)合理，而且價(jià)格相對(duì)便宜，具有很好的應(yīng)用前景。