GSM 即全球移动通讯系统, 已经高度普及, GSM 具有将用户数据信息数字化、压缩、传输、发送及接收的便捷功能。当前, 在我国的工业及民用?? 水电气 计量, 仍普遍采用传统的?? 到户抄表 方式, 工作烦琐、人力资源耗费大、效率低下、易失误, 急待改进。
本文提出将GSM 应用到水电气 计量上, 提出了一种无线远程计量监控用水量的方法与装置, 将水流量传感器与GSM 结合, 实现自动计量抄报千家万户用水量, 系统高效、快速、准确而可靠、能耗小, 大幅度减少了劳动工作量。
1 系统结构设计及功能
1. 1 系统结构
该系统从宏观层面上, 主要包括信息发送子系统和信息接收子系统两部分, 其中信息发送子系统就是无线水表, 它由YF--21 水流量传感器、微控制器( USP430F149) 和GSM 模块( TC35) 构成; 信息接收子系统包括人机交互部分以及外部存储器部分, 通过I/ O 连接到微控制器, 系统结构如图1 所示。
模块间具体接口及I/ O 的定义见系统结构图, 下面详细介绍各主要模块的具体电路实现。
1. 1. 1 微控制器MSP430F149
MSP430F149 单片机采用冯诺依曼结构, 中央处理单元采用了精简的、高透明的和高效率的正交设计, 包含60KB+256B 的闪速存储器和2KB 的RAM, 并且利用P1 和P2 口的中断功能能够方便的进行键盘设计以便人机交互, 对水流量传感器的脉冲信号进行数据采样处理, 相应的电路设计如图2 所示。
1. 1. 2 TC35 模块
采用TC35i 新版西门子工业GSM 模块, 它具有支持中文短信息功能, 工作在EGSM900 和GSMl800 双频段, 可传输语音和数据信号, EGSM900( 4 类) 和GSMl800( 1 类) 功耗分别为2W 和1W, 通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM 卡读卡器和天线。TC35i 通过AT 命令可双向传输指令和数据, 可设定波特率为300b/ s 至115kb/ s, 自动波特率为1. 2kb/ s 至115kb/ s。它支持Text 和PDU 格式的SMS ( Short MessageService, 短消息) , 可通过AT 命令或关断信号实现重启和故障恢复。
选用已经集成好的TC35i 模块, 其电源范围为直流3. 3V至4. 8V, 休眠状态电流消耗为3. 5mA, 空闲状态为25mA, 发射状态为300mA( 平均) , 峰值为2. 5A, 对TC35 模块的供电要求稳定、准确, 并提供不低于2A 的电流, 下面提出一种电源实现方法。
TC35 模块允许提供3. 6V 的电压, 采用NATIONAL 公司的LP3966- ADJ 芯片, 在输出端设置68pF, 33??F 和0. 1??F 的电容, 用以滤掉输出电压的纹波, 实验证明电容在100uF 时效果好, 纹波较小。具体实现电路如图3 所示。
1. 1. 3 YF- 21 水流量传感器
采用YF- 21 水流量传感器, 它主要由塑料阀体、水流转子组件和霍尔传感器组成, 它装接在管路中, 当水流过水流转子组件时, 磁性转子转动, 且转速对应流量, 通过霍尔传感器输出相应脉冲信号, 通过信号线与430 单片机P2^0 相连,反馈给单片机计量流量。
1. 2 系统功能
1. 2. 1 水流量数据采集
无线水表的基本功能就是能够对水流进行计量, MCU 可以通过中断处理YF- 21 发出的脉冲并将水流量实时地显示在液晶显示屏上。
1. 2. 2 日历和实时时钟
通过设置MCU 中的Timer- 0 定时器精确计算日期和时间, 完成定期定时监测计量, 并向接收子系统结构发送短信数据报。
1. 2. 3 数据的定时发送
发送子系统按照预定时序向接受子系统发送数据报, 数据报将包括无线水表的地址、发送时间和水流总量等重要信息, 从而实现了无线远程水表计量, 提高测量效率, 减小劳动量。
1. 2. 4 数据查询功能
设置人机交互数据查询功能, 使用户可以随时的查阅家庭的用水量, 包括历史数据及交费情况。
1. 2. 5 加密与解密
无线水表发送的数据报设有加密功能, 以防止他人非法伪造数据和便于接收端软件滤除无用的短信息, 同时, 保留解密功能, 供第三方管理者访问重要的参数和数据。
2 程序设计方法与数据报结构
2. 1 程序设计方法
程序设计如下, 除发送时段外, 大部分时间里MCU 的工作都是处理水流量传感器发出的脉冲和日期时间的显示, 只有到了预定的时段才会将数据报以短信息方式发送出去, 并将存储在EEPROM 中, 设定按键, 按下可显示历史流量数据,第三方管理者可访问底层参数和数据。主程序流程示意图如图4 所示。设置单片机向TC35i 发送AT 命令, 发送短信息, 信息主要包括数据、时间、地址及密码, 采用TEXT 格式, 它比PDU格式具有更高的效率。类计算机网络中的停! 等协议, 编程采用闭环控制系统, 有效地提高了系统的可靠性。
设定纠错程序, 若发送时突发不稳定信号接收到了ERROR, 则闭环系统延迟一段时间后重新发送, 直至正常。
2. 2 数据报结构
这里的数据报实际就是短信息的内容, 由于采用TEXT格式, 每条数据报的长度为160 个字符。这里仅提供一种参考格式:
在接收子系统终端, 预置64 字符水表密码注册表, 对接收到信息鉴别真伪, 滤掉伪信息, 提高系统的安全性。
3 结论
采用GSM 短信息计量水流量信息的载体, 配合YF- 21水流量传感器、MSP430 单片机等, 实现远程、自动数据采集传输, 软件设计密码保护, 保证了信息的真实, 可靠, 整机还具有高效、快速、节能及大量节约人力的优点, 具有较高的实用价值。
