陈懿德 陈晓东

【摘 要】为了解决传统智能水表计费不科学、计费不准确、容易受到干扰等问题，设计了一套基于MSP430F413嵌入式芯片和双簧管传感器的智能水表系统。首先，对智能水表系统的整体结构进行了设计，主要包括主控芯片MSP430F413作为核心处理器、电源模块为系统供电、脉冲采集电路、阀门控制电路、报警电路模块、通信基站模块和LCD液晶顯示模块等。然后，对系统进行了整体硬件电路连接进行了电路设计和硬件功能设计说明。最后，通过模块化技术实现了智能电表整体软件流程设计。

【关键词】双簧管传感器;智能水表

一、引言

随着科技水平和互联网技术的快速发展，基于物联网技术的应用越来越深入到人们的生活当中，其中以智能化为代表的各类应用最为突出。为了保障居民饮水的安全、缴费快捷、支付多样化等方面的效率，越来愈多的地区都采用智能化水表作为计费的依据。智能水表实行了一家一户水表和阶梯计费等功能，提高了水利部门的工作效率和管理效率。

二、智能水表系统整体结构设计

智能水表在整体结构设计上，主要做了7部分：（1）主控单片机芯片采用三星公司的MSP430F413，它主要作为系统的核心完成数据的处理功能;（2）电源管理电路模块：为智能电表系统所有的模块提供整体的电压输出和供电;（3）脉冲采集电路：当用户用水时，传感器采集到脉冲信号后将数据传输至主控芯片，启动系统计费;（4）阀门控制电路模块：当用户的充值额度用完后系统自动关闭阀门实现停水功能，当用户充值后阀门自动开启提供供水模式;（5）报警电路模块：当用户充值额度用至系统红线时，自动提供警示功能，提醒用户尽快充值，防止停水;（6）MF1702通信基站模块：为智能水表的远程抄表提供无线通信模块，实时的进行数据的上传和读取;（7）LCD液晶显示：实时为用户提供水表信息的显示查看功能。

三、智能电表硬件系统设计

根据智能水表整体设计模块，该系统的硬件系统设计主要包括双簧管传感器数据采集电路设计、无线通信模块设计、LCD屏显模块和水表阀门电路控制设计等。

（一）双簧管传感器电路设计

为了实现水表的智能数据读取和数据控制功能，在水表信息脉冲信号采集上采用“1+1”模式的双簧管传感器来完成。该传感器的工作原理为：当系统自动检测数据时，如果出现1个簧管收到用水信息时，系统自动记录数据，同时检测另外一根簧管是否有用水信息;只有当双簧管同时工作的情况下，系统才执行信号采集和用水计费功能。双簧管传感器的设计避免了临界点抖动误差或者人为磁铁干扰造成智能水表计数误差。

（二）无线通信模块电路设计

为了实现智能水表的数据传输，无线通信的芯片采用FM1702SL，它是基于IEEE9001的自动感知数据采集的芯片，同时数据传感天线采用摩比公司的MIFARE。该无线通信模块具备高级的加密算法，提供了较高的安全保证。无线通信的信号采集芯片和天线电路设计如图所示。

四、智能电表软件系统设计

为了保证智能电表软件系统后续的升级维护，软件设计采用了模块化结构式设计。该系统的主控智能程序主要完成了系统初始化设置、电磁阀门控制状态、传感器信息采集状态、用户用水量超越红线警示、电池电量警报和无线通信程序等。系统核心程序主要包括阶梯计费设计、电磁阀门控制程序、看门狗定时器警报程序和传感器脉冲信号输出程序等。子程序还包括智能IC卡的加密解密、LCD屏显控制程序、系统中断重启程序等。

五、结语

本文采用MSP430F413做为数据处理主控芯片、双簧管传感器智能信息采集功能的水表系统。智能水表系统整体结构主要包括主控芯片MSP430F413作为核心处理器、电源模块为系统供电、脉冲采集电路实现数据采集、阀门控制电路实现自动停水功能供水模式、报警电路自动提供警示功能、MF1702通信基站提供无线通信实时数据上传读取和LCD液晶显示实时查看等功能设计。该系统解决了传统智能水表计费不科学、计费不准确、容易受到干扰等问题，具备一定的实际使用价值。

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