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摘 要

利用低成本、高性能的MSP430单片机作为基表进行硬件设计,使用了广泛应用的基于RS-485电气接口的异步串行通讯技术作为通讯方式,利用SQLServer技术和VisualC 编程语言设计了远程抄表系统的上位机管理软件。文中给出了系统模型,并对其关键部分的数据采集器、集中器和上位机管理系统做了系统的分析，文中首先对水表远程数据采集的底层硬件进行了简单的分析和介绍，并在此基础上详细介绍了水表数据的SMS编码和利用AT指令进行SMS短消息的发送，以完成集中器和数据服务器之间的通信。

关键词:自动抄表系统，集中器，MSP430单片机，RS-485总线，智能网络水表，SMS短消息

Abstract：Taking advantage of low cost, high performance MSP430 single chip microcomputer as the base table for hardware design, using the widely used asynchronous serial communication based on RS - 485 interface of the electrical technology as a means of communication with essentially a technology and VisualC programming language design of remote meter reading system PC management software. The system model is given in this paper, and the key part of the data collector, concentrator and computer management system of the analysis of the system, this paper first to the water meter remote data acquisition of the underlying hardware has carried on the simple analysis and introduction, and on the basis of detailed introduces the SMS code water meter data and use AT commands to send SMS messages to complete the communication between concentrator and data server.

Keywords：Automatic meter reading system, concentrator, MSP430 microcontroller, RS-485 bus, smart meter network, SMS Short Message

目 录

1 前言 4

1.1 智能网络水表 4

1.2 脉冲采集电路 4

1.3 液晶显示电路及显示器 5

1.4 阀门控制电路 5

1.5 通信接口 6

2 集中器设计 7

2.1 集中器硬件设计 7

2.2 集中器软件设计 9

2.3 上位机与集中器之间通信协议的帧格式 9

3 总线直读式网络结构 10

4 上位机管理系统 11

5 表数据的短消息发送协议设计 13

5.1 水表编号及数据协议规定 14

5.2 水表SMS编码协议设计 15

5.2.1 GSM短消息概述 15

5.2.2 水表SMS发送协议 15

5.2.3 水表数据的短消息编码设计 15

5.2.4 GSM短消息相关AT指令的使用 18

5.3 水表数据短消息的发送及接收程序设计 19

5.3.1发送程序设计 19

5.3.2接收程序设计 19

结 论 21

参 考 文 献 22

致 谢 23

1 前言

随着电子通信与计算机网络技术的发展,远程抄表技术在水、电和煤气计量方面得以推广应用。为适应这个发展方向,在研制出有线远传水表及其数据采集器的基础上,开发了专用的数据集中器,以实现远传水表抄表系统。该系统有三层网络结构:上位机管理系统，集中器和智能网络水表。智能网络水表通过RS-485总线和集中器连接,集中器通过调制解调器MODEM和电话网连接进行远程通讯,将数据通过电话网传输给上位机管理系统,在降低成本的同时提高了数据传输的可靠性。该系统具有良好的伸缩性,同时,上位机管理系统也可以和银行联网,组成四级网络,为后续功能扩展奠定了基础。

1.1 智能网络水表

智能网络水表的工作原理是在普通转盘计数的水表中加装干簧管和永磁铁。双干簧管固定安装在计数转盘上方附近,永磁铁安装在计数盘位上,计数盘每转一圈,永磁铁经过双干簧管各一次,在信号端产生两个计量脉冲。当接收到有效计脉冲时,单片机由休眠模式转为工作模式,由微处理器执行相应的计费程序。其硬件主要包括:微处理器、脉冲采集电路、液晶显示电路、阀门控制电路、通信接口电路等。结构如图1所示

图1 智能网络水表结构图

1.2 脉冲采集电路

本设计使用了双干簧管传感器,即当检测到一个干簧管吸合时,先记录下来,再检测另一个干簧管,只有检测到另一个干簧管吸合后才认为信号有效。接线图2如图所示

图2双干簧管与MSP430F413的接线图

1.3液晶显示电路及显示器

MSP430F413单片机内置一个24×4段的液晶显示驱动器。本设计中选用的液晶显示器是定制生产的字符式液晶显示器,其视屏尺寸是65mm×40mm,汉字数字协调美观。液晶显示电路及显示器如图3所示。液晶显示器作为水表的输出接口,除了显示电磁阀门的开关状态、表内剩余金额、累积用水量、电池状态、本月累积用水量、分段显示、单价(当前水价)显示、当前日期及当前时间之外,还具有提醒用户及时充值的信息及显示错误信息的功能。

图3液晶显示电路及显示器

1.4 阀门控制电路

本设计采用小功率电机通过减速,直接驱动球阀开闭。其优点是结构相对简单,水阻小。缺点是球阀的球环加工精度要求高,使用一段时间后由于水垢或微颗粒等使转动阻力增大,设计中采用每月定时开关阀门几次来解决这一问题。阀门控制电路如下图4

图4阀门控制电路

1.5 通信接口

智能网络水表采用专用协议与集中器进行通信,集中器通过MODEM与上位机相连。RS-485相对于RS-232成本低,驱动器和接收器价格便宜,并且只需要单一的一个 5V(或者更低)的电源来产生差动输出需要的1.5V的压差。通信接口如图5所示

图5 RS-485和MSP430F413芯片串行通信电路图

2 集中器设计

在远程集中抄表系统中,集中器起着数据中转和总线隔离的作用,负责上位机和网络水表的联系。其主要功能有两项:一是完成与水表的通信,根据系统下达的指令抄收水表的数据或检测状态,可以定时抄收也可以实时抄收;二是根据系统要求完成与上位机的通信,将水表的数据信息或状态信息传输给上位机管理系统。根据系统需求,集中器主单片机采用Microchip公司的PIC16F84芯片,其内部带有64字节的EEPROM,用来储存水表的工作参数,如用水量、状态、地址编码等。这些数据在水表工作期间可能不断变化,而又要求系统断电之后不能丢失,在系统下次加电工作时自动恢复原先的数据。现场调试一般用到安装了专用测试软件的便携机。便携机接口协议为RS-232,因此集中器电路设中需预留一个RS-232接口,采用MAX232芯片。

2.1 集中器硬件设计

集中器由主控芯片PIC16F84、上行通信接口电路、下行通信接口电路、电源电路等几部分组成。集中器硬件电路如图6所示

图6集中器硬件电路（a）

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