徐　純　劉　云

[摘要]介紹基于M-BUS的遠(yuǎn)傳水表抄表系統(tǒng)主要組成采集器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì),闡述其主程序、中斷程序的流程圖,并介紹其單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境。

[關(guān)鍵詞]遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng) M-BUS TSS721A MSP430F449

中圖分類號(hào):TP7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0920042-02

M-BUS總線是歐洲專為家用儀表數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的總線制系統(tǒng),在智能小區(qū)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。其具有對(duì)電壓不穩(wěn)的適應(yīng)性強(qiáng),可靠性高,成本較低,施工布線容易等優(yōu)勢,且結(jié)構(gòu)靈活,直線型、環(huán)形、星型或幾種接線方式混合均可,用2根電纜連接,與極性和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無關(guān),安裝方便,傳輸距離達(dá)到幾公里,傳輸速率為300-9600b/s。

一、M-BUS系統(tǒng)構(gòu)成

遠(yuǎn)程水表抄表系統(tǒng)由水表、采集器、集中器和計(jì)算機(jī)組成。圖1為系統(tǒng)圖:

抄表數(shù)據(jù)、控制命令通過采集器和集中器的處理用M-BUS數(shù)據(jù)總線傳輸,最終數(shù)據(jù)進(jìn)入管理中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器,按照系統(tǒng)設(shè)定的方式存儲(chǔ)、備份,方便各種業(yè)務(wù)程序查詢、調(diào)用,集中器采集用戶水表表碼數(shù)據(jù)。同時(shí)在每個(gè)收費(fèi)中心建立一個(gè)收費(fèi)站,進(jìn)行收費(fèi)及打單工作。

二、采集器和集中器硬件設(shè)計(jì)

主要是一個(gè)內(nèi)置M-BUS通信標(biāo)準(zhǔn)(EN1434-2)的TSS721A芯片單片機(jī)、一個(gè)MSP430F449控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)紅外收發(fā)模塊和存儲(chǔ)模塊等組成。

TSS721A是TI公司開發(fā)的芯片,其帶有抗極性顛倒功能,并可采用總線遠(yuǎn)程供電方式,還能提供總線電壓故障指示等功能。

MSP430F449負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和A/D轉(zhuǎn)換。內(nèi)部具有看門狗、模擬比較器A、定時(shí)器A/B、串口0/1、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、16位Sigma-Delta AD、直接尋址模塊、端口O～6、基本定時(shí)器等的一些外圍模塊的不同組合。系統(tǒng)共有一種活動(dòng)模式(AM)和五種低功耗模式(LPM0～LPM4)。在系統(tǒng)正常運(yùn)行下,一般保持在低功耗狀態(tài),當(dāng)運(yùn)行程序時(shí),才啟動(dòng)AM模式。

MSP430對(duì)TSS721芯片參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)讀取,接收水表傳送來的數(shù)據(jù),并將其存儲(chǔ)、處理并進(jìn)一步傳送給上位機(jī)。

紅外通信模塊,是對(duì)遠(yuǎn)傳水表抄表系統(tǒng)的一種補(bǔ)充。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或地區(qū)偏遠(yuǎn)且用戶群較少的情況下的一種抄表方式。紅外發(fā)射和接收裝置部分結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

當(dāng)RX出輸入信號(hào)的時(shí)候,LED就會(huì)發(fā)出紅外線。通過與電源相連的可變電阻器來調(diào)節(jié)紅外線強(qiáng)度。

當(dāng)有紅外線信號(hào)時(shí),Q接受紅外并轉(zhuǎn)成脈沖信號(hào),從TX口輸出后,通過相應(yīng)芯片(例如CX20106芯片)對(duì)紅外PIN管送來的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大,然后將信號(hào)送限幅放大器,使其變?yōu)榫匦蚊}沖,在由濾波器進(jìn)行頻率選擇,濾除干擾信號(hào),由檢波器濾掉載頻檢出原始信號(hào),在經(jīng)整形后,輸出送到微控器MSP430F449芯片的RXD端口。

集中器的存儲(chǔ)器選用AT24CXX系列的EEPROM存儲(chǔ)器,用來存儲(chǔ)水表的數(shù)據(jù)以及狀態(tài),方便上位機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行查詢。具有64Khit的容量,可用電擦除,可編程自定時(shí)寫周期(包括自動(dòng)擦除時(shí)間不超過10ms,典型時(shí)間為5ms)。在AT24C46和主控芯片MSP430F449的硬件電路圖中,由于只使用一個(gè)存儲(chǔ)器,所以AO、Al、A2等三個(gè)管腳接地。WP寫保護(hù)管腳接地,能夠進(jìn)行正常的讀/寫操作。SDA串行數(shù)據(jù)她址管腳通過一個(gè)上拉電阻RZ接到VCC端,具體電路圖如圖4所示。

三、M-BUS系統(tǒng)軟件流程

M-BUS系統(tǒng)本系統(tǒng)的采集器和集中器構(gòu)成一樣,其軟件程序主要分為兩部分:數(shù)據(jù)采集端主程序和中斷程序。主程序主要是主控芯片初始化、中斷設(shè)置等,平時(shí)遠(yuǎn)傳水表抄表系統(tǒng)處于LPM3低功耗模式。如圖5所示。

在MSP430系列單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)中,采用中斷方式是降低功耗的重要手段。平時(shí)遠(yuǎn)傳水表抄表系統(tǒng)處于低功耗模式,當(dāng)水表進(jìn)行采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)通信等工作時(shí),進(jìn)入中斷程序進(jìn)行處理。當(dāng)中斷處理完成后,重新進(jìn)入到低功耗模式。在本次設(shè)計(jì)中,中斷服務(wù)程序包括水表采集中斷、電源中斷、通信中斷等。中斷服務(wù)程序的流程圖如圖6所示。

開發(fā)環(huán)境是IAR公司LAR Embedded Workbench嵌入式工作臺(tái)以及調(diào)試器C-SP。一個(gè)適應(yīng)各種不同MSP430系列單片機(jī)的目標(biāo)系統(tǒng)開發(fā)集成環(huán)境,采用與標(biāo)準(zhǔn)C語言基本兼容的C編譯軟件進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。用C語言程序設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開發(fā),可大大提高開發(fā)調(diào)試工作的效率,其中大量使用編譯預(yù)處理功能,包括宏定義(#define)、文件包含(#include)、條件編譯(#ifdef,#endif)。對(duì)于MSP430各系列的芯片,都需要一個(gè)相應(yīng)的頭文件(.h)作定義,這些頭文件在軟件包中均有提供。如下面MSP430F449自帶的USART其中的USART0模塊的初始化程序所示。

#include

Void Init_UART0(void)

{U0CTL=0x00; //寄存器清零

U0CTL+=CHAR;//數(shù)據(jù)位為8位

U0TCTL=0x00;//寄存器清零

U0TCTL+=SSTL1;//波特率發(fā)生器選擇SMCLK

U0BR0=0x45; //波特率為9600

U0BR1=0x00;

U0MCTL=0x49;//調(diào)整波特率

return;}

四、結(jié)束語

M-BUS布線的靈活性以及它的可靠和實(shí)時(shí)性使其優(yōu)于傳統(tǒng)的RS系列和Lonwork總線方式,也使的它有較廣的發(fā)展前景,特別是對(duì)住宅小區(qū)智能化建設(shè)具有重要意義。隨著M-BUS總線在遠(yuǎn)傳水表抄表系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用,將給我們的日常生活帶來更多方便。

參考文獻(xiàn):

[1]沈建華、楊艷琴、翟曉曙,《MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理及應(yīng)用洲》,清華大學(xué)出版社,2004.1.

[2]魏小龍,《MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例》,北京航空航天大學(xué)出版社,2002.11.

[3]胡大可,《MSP430系列單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)與開發(fā)》,北京航空航天大學(xué)出版社,2003.1.

作者簡介:

徐純(1984-),女,漢族,安徽安慶人,工程碩士,就職于北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院;劉云(1955-),女,博士,教授,博士生導(dǎo)師,就職于北京交通大學(xué)。