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0 前言

    隨著社會的迅速發展，智能小區逐漸進入人們的生活，而自動抄表系統是智能小區的重要功能之一。在水、電、氣管理方面，采用自動抄表技術，不僅能節約人力資源，更重要的是可提高抄表的準確性，減少因估計或謄寫而造成帳單出錯的現象，使水、電、氣管理部門能及時準確獲得數據信息。而且用戶不再需要與抄表者預約上門抄表時間，還能迅速查詢帳單，所以這種技術越來越受到用戶歡迎。
    本文針對目前市場上自動抄表系統價格不菲的現狀，設計出一種由零功耗磁敏傳感器產生脈沖信號，利用MSP430系列超低功耗單片機的捕獲功能捕獲信號的數據采集系統。而且該采集系統價格相對低廉，性能可靠，適用于水、煤氣、電表的遠傳采集。數據傳輸總線選用M-BUS，傳輸速度快、距離遠、可靠性高。

1 工作原理

    該數據采集系統是對傳統電表、水表、氣表抄表系統加以改進，使其適合遠傳抄表。以普通的煤氣表為例，選擇在基表最后一級齒輪處加一磁鐵（不算顯示部分的逐級傳遞齒輪）。該級齒輪每轉一圈，都要撥動顯示部分的逐級傳遞齒輪8次，而每撥一次是0.001立方米，所以，該級齒輪每轉一圈，共計0.008立方米的煤氣。也就是最后一級齒輪每轉125圈，即撥動顯示部分的逐級傳遞齒輪1000次，煤氣表的顯示部分的計數為1立方米。而當小磁鐵經過零功耗磁敏傳感器表面時產生脈沖信號，利用MSP430單片機的捕獲功能捕獲到信號，引起中斷，數據存儲區地址1自加一，若加到150，地址2自加1，地址1清零。存儲區地址2中的數據就是煤氣表基表的數據。當總線要求單片機傳輸數據時，單片機先確定是否可以傳輸數據，若可以，將地址2中的數據寫入發送緩存，一位位的將數據發送出去；若不可以，等單片機空閑時再發送數據。

2 主要特點

該數據采集系統主要具有以下一些特點：
（1）采用零功耗磁敏傳感器作為采集前端，工作時無須使用外加電源，且無觸點、耐腐蝕、防水，壽命很長。
（2）采用MSP430系列單片機中的MSP430F449作為數據處理芯片，性能優良，價格低廉。
（3）采用M-BUS總線進行數據傳輸，傳輸距離遠，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總線進行供電。

3 數據采集系統的軟硬件設計

3.1 設備選型
    選用的TI公司的16位Flash型MSP430系列是一個超低功耗類型的單片機，特別適合于電池應用的場合或手持設備。在超低功耗方面，該單片機能夠實現在1.8V~3.6V電壓、1MHz的時鐘條件下，耗電電流在0.1~400 A之間；在片內外設方面，含有P0~P6七個I/O口、2個定時器（Timer_A、Timer_B）、1個看門狗、內部集成2K的ROM和60K的RAM，可十萬次重復編程；且MSP430系列單片機均為工業級的產品，運行環境溫度為 ；在價格方面，MSP430系列單片機一般只有幾十元。由此可以看出MSP430系列單片機的性價比不錯，而且完全能夠滿足系統開發的需要。
    在遠傳抄表系統中，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，都需要供電，電流一般為毫安級，這將導致供電電池的極大耗費；對于煤氣表來說，在基表中通電還會引起安全方面的問題。本文選用零功耗磁敏傳感器，它工作時無須使用外加電源，適用于微功耗儀表，在遠傳抄表系統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制成的，又名韋根德傳感器。其工作原理是利用磁性雙穩態功能合金材料中的磁疇在磁場中的運動特性制作而成的。當外磁場發生變化時，磁疇磁化方向瞬間發生翻轉，而當外磁場撤離后，它又瞬間恢復到原有的磁化方向，由此在合金材料周圍的檢測線圈中會感生出電脈沖信號，實現磁電轉換。
    M-BUS總線是歐洲新型總線結構-儀表總線，由德國paderborm大學的Ziegler教授和德國Techem AG公司以及德國的Texas intrument公司共同開發的，采用新的儀表總線和相關的技術的數據采集系統據有以下特點。
    (1)可采用普通的雙絞線電纜連接，可采用任意總線拓撲結構（星形、樹形等），使系統布線施工簡單、擴展靈活。
    (2)最大的總線長度可以達到1km(波特率 9600bps時)。
    (3)系統的每一個標記具有唯一的地址碼，方便管理。
    (4)雙絞線同時完成數據通信和提供表具的電源，可為用戶提供3中供電方式(遠程供電，電池和遠程供電，以及運用光耦合后單一的電池供電)。
    (5)系統可實現(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大網絡或系統的覆蓋范圍。
    (6)系統都有一個電平轉換器,該轉換器提供RS-232或者RS-485接口,以實現與中心計算機通信.該系統最多可以有連接250個用戶表,如圖1所示。

4 結論

    本文從采集數據的安全性和可靠性兩個方面著手，選用了新型傳感器和低功耗MSP430系列單片機，設計出了用于遠傳抄表的數據采集系統。該系統采用M-BUS總線進行數據傳輸，在M-UBS調試器軟件環境下的實驗結果表明，采集部分捕獲信號準確率高，電路設計和軟件設計合理，而且價格相對便宜，具有很好的應用前景。