一種新型自來水用量無線讀取設計

摘 要：本設計針對傳統自來水用量讀取的不足，提出通過無線模塊進行無線通信，并應用單片機作為數據的中央處理裝置，通過一種靈活的編程算法，實現手持式終端讀取自來水用量的功能。通過同一個手持式終端設備，工作人員可以操控按鍵，查看不同住戶家庭的自來水流量，從而方便收取費用。此設計是雙向的，住戶的家用自來水讀取表安裝簡便，方便住戶查看信息；工作人員的手持式終端制作簡便，提高了工作人員的工作效率。

關鍵詞：STC單片機；無線通信；手持式終端

0 引言

在日常生活中，傳統上的自來水用表一般都是深埋在地下；表盤上沾有污垢；指針式的讀取。此種傳統設計一方面不方便住戶實時查看家用水流量值，而且不方便工作人員查看自來水用表已完成收費任務，這大大降低了工作效率。本設計針對這一問題，優化了傳統系統的設計的方案[1]。通過本設計，住戶可以通過顯示屏輕松查看水流量信息，而工作人員通過手持式終端設備，操控設備上的按鍵，便可以靈活查看住戶的水流量，從而收取相應的費用。

1 總體設計方案

整個自來水用量無線讀取的設計[2]，主要由單片機主控模塊、霍爾水流量傳感器、無線傳輸模塊、矩陣鍵盤、液晶顯示模塊、電源供電模塊等部分組成。

整個設計都以單片機STC89C52RC作為系統的主控芯片，由電源供電模塊供電。住戶家用流量計部分使用無線模塊實時發送信息，并且通過顯示屏顯示累計流量值，住戶可以通過顯示屏輕松查看某一時間段內的流量值。工作人員可以通過操控手持式終端設備查看不同住戶的水流量值，并且還能將住戶的水流量復位，重新開始計數。本設計安裝簡便，攜帶方便，耗能少，提高了工作人員的工作效率。

2 硬件設計方案

本系統采用STC 公司的STC89C52單片機作為主控制器。STC89C52是STC公司生產的一種低功耗8位微控制器，采用外部時鐘，晶振頻率可達12Mhz，具有32個通用IO口，從速度和管腳數量兩個角度來看，可以達到本系統各個部分的要求。

系統硬件分為兩個部分：住戶家用流量計部分和手持式終端部分。住戶家用流量計部分使用單片機P1.0-P1.5與無線模塊nRF24L01[3]的六個信號線相連，P3.4作為霍爾水流量傳感器的信號端，液晶1602的并行數據口與單片機P0.0-P0.7相連，RS、RW、EN分別連接至P2.0、P2.1、P2.2口。手持式終端部分使用單片機P1.0-P1.5與無線模塊nRF24L01的六個信號線相連，矩陣鍵盤的X控制端與單片機P2.4-P2.7相連，Y控制端與單片機P3.4-P3.7相連，液晶1602的并行數據口與單片機P0.0-P0.7相連，RS、RW、EN分別連接至P2.0、P2.1、P2.2口。

系統顯示部分采用M1602模塊。該模塊有兩行、每行16個字符可以用來顯示，可以滿足累計水流量和消費金額的顯示需求。第一行顯示累計水流量值，第二行顯示水流量值所對應的金額值。

矩陣鍵盤為4*4數目的按鍵，鍵盤上有“數字選擇”功能，“確定”功能，“取消”功能，“復位”功能。工作人員到住戶家收取費用時，通過按鍵選值選擇該住戶家的水流量計地址，此時手持式終端與住戶家用流量計建立連接，該住戶家用流量計的信息傳到工作人員的手持式終端上，工作人員便可以根據手持式終端上的水流量值和所需金額值兩個信息向用戶收取相應的費用。“取消”功能是用來取消數字輸入的。當工作人員收取了該用戶該時間段內用水費用后，工作人員按下“復位”按鍵，既可以將住戶家用水流值清零，以便下一個時間段內水流量值的累計。

根據該系統大部分硬件采用5V供電以及nRF24L01無線模塊采用3.3V供電，所以采用高性能可充電鋰電池提供7.4V直流電，再經三端穩壓集成電路LM7805穩壓，形成5V直流電供給單片機。5V直流電經過AMS1117-3.3V三端穩壓電路形成穩定的3.3V，供給nRF24L01模塊。

3 系統軟件設計

3.1 家用水流量計

程序首先初始化無線模塊nRF24L01和液晶1602，初始化完成后，程序處于主循環中處理事件[4]。在主循環中，程序等待接收并且計數器開始工作，當收到“復位”命令后，顯示屏上的水流量值復位；如果收不到“復位”命令，計數器開始工作，當計數值達到某一特定值，程序便不在等待接收，繼續向下執行。

水流量值采用中斷計數的方式，并不影響主循環的進行。程序在等待接收工作完成后便向外發送多次當前的累計用水量值，以便工作人員改變手持式終端的地址與住戶家用水流量計匹配進而接收相關信息。

3.2 手持式終端

程序初始化無線模塊nRF24L01和液晶1602完成后，便進入主循環中。在主循環中，不同按鍵選擇便會執行不同的功能。當工作人員輸入與固定住戶的水流量計的地址相匹配的號碼時，無線模塊已經匹配完成，便可以與家用水流量計互相傳輸數據。當工作人員按下“確認”按鍵，手持式終端的顯示屏上便會顯示該住戶的某一時間段內的用水量值，并且智能算出當前累計用水量所對應的金額值，顯示在顯示屏上，這大大節省了工作人員的時間。

4 結束語

本系統提出的一種自來水用量無線讀取設計，對于無線模塊數據傳輸的靈活使用以及對于單片機數據的靈活操作，使得整個系統能夠滿足住戶和工作人員使用需求。該設計的思想獨特新穎，軟件與硬件的完美結合，使得該設計應用型更強，推廣也將更加方便。該設計的研究和實際應用也將為不斷發展的自來水收費管理的問題，提供一種可用的解決方案。

參考文獻：

[1]周澤陽.基于霍爾流量傳感器的家用節水裝置的探討[J].現代企業教育，2013（07）：357-359.

[2]王杰.水流量計的設計和開發[J].成都信息工程學院學報，2006（12）：29-32.

[3]蔡向東.無線收發模塊在多機通信中的設計與實現[J].吉林大學學報，2006（05）：469-472.

[4]郭天祥.《新概念51單片機C語言教程—入門提高開發拓展全攻略》[M].中國水利水電出版社，2009.

作者簡介：沈新鋒（1994—），江蘇興化人，南京信息工程大學，物聯網工程專業。