基于GPRS的自來水流量監測終端的設計

圖2 監測終端的硬件組成

1 PIC16F877A單片機
鑒于監測終端設置在無人看管、環境較惡劣的地方，要求抗干擾能力強、性能可靠，采用了Microchip公司的PIC單片機中的PIC16F877A。

PIC16F877A單片機內部有8K*14的Flash程序存儲器和368B的RAM數據存儲器；采用哈佛結構，數據線和指令線分離，取數據和取指令可以同時進行，執行效率高、速度快。

2 GPRS DTU
無線通信模塊采用成都眾山科技有限公司的ZSD2110 GPRS DTU。ZSD2110是一款使用GPRS進行無線數據傳輸的終端設備，支持PPP、TCP、UDP、ICMP等眾多復雜網絡協議，支持透明數據傳輸和用戶自由控制傳輸模式，同時支持點對點、點對多點、設備間、設備與中心間等各種不同的通信模式。

3 串行通信接口
從圖2中可看出，單片機采集數據以及跟DTU之間的通信都是通過串行接口，而PIC16F877A只有一個USART接口。這里采用分時復用的原則，通過一片4位總線開關芯片FST3125在流量計與DTU之間切換，平時與流量計接通，采集數據，上傳時間到時，斷開與流量計的連接，接通DTU，上傳數據（必要時完成校時）。

4 DS1302實時時鐘
實時時鐘用于提供系統采樣、定時上傳、記錄斷電/復電時間等操作的時間基準，是本系統不可缺少的一部分。本設計選用了DS1302實時時鐘芯片。

DS1302使用32.768kHz的外部晶振，該振蕩電路不需要外接任何電阻或電容，設計簡單。需要注意的是，在晶振的選擇上，只能選用負載電容為6pF的32.768kHz晶振，否則可能會導致晶振不能起振，DS1302不計時的問題。

5 SPI Flash存儲器
采用串行Flash作為外部存儲器，記錄歷史數據和斷電/復電時間。與以往的并行存儲器或鐵電存儲器相比，串行存儲器具有很大優勢。并行存儲器存儲容量大，讀寫速度快，但是抗干擾能力差；鐵電存儲器采用串行接口，抗干擾能力強，也具有很高的靈活性，可以單字節讀寫(不需要擦除，可直接改寫數據)，但其存儲密度小，單位成本高，讀寫速度較慢。而本系統中采用的M25P16存儲器綜合了這二者的優點，不僅存儲容量大，讀寫速度快，而且抗干擾能力強，占用MCU引腳資源少。

6 供電電路及掉電檢測
整個電路板上器件都工作在5V電壓下。

除了正常供電外，為保證在突然斷電的情況下，能及時記錄斷電時間，以備向監控中心報告，還需要備用電源以及斷電檢測電路。本系統主電源采用UPS供電，可保證在交流電斷電的情況下仍能工作，另外從220V交流電直接接一電源作為掉電檢測電路的輸入，經光耦隔離，連接到單片機的RB0引腳，斷電時，觸發單片機的RB0外部中斷實現斷電保護，讀取當前DS1302的時間保存到Flash存儲器，并經DTU上傳到監控中心，然后使單片機進入低功耗工作狀態。恢復供電時，同樣要記錄復電時間并上傳。