一种新型自来水用量无线读取设计

摘 要：本设计针对传统自来水用量读取的不足，提出通过无线模块进行无线通信，并应用单片机作为数据的中央处理装置，通过一种灵活的编程算法，实现手持式终端读取自来水用量的功能。通过同一个手持式终端设备，工作人员可以操控按键，查看不同住户家庭的自来水流量，从而方便收取费用。此设计是双向的，住户的家用自来水读取表安装简便，方便住户查看信息；工作人员的手持式终端制作简便，提高了工作人员的工作效率。

关键词：STC单片机；无线通信；手持式终端

0 引言

在日常生活中，传统上的自来水用表一般都是深埋在地下；表盘上沾有污垢；指针式的读取。此种传统设计一方面不方便住户实时查看家用水流量值，而且不方便工作人员查看自来水用表已完成收费任务，这大大降低了工作效率。本设计针对这一问题，优化了传统系统的设计的方案[1]。通过本设计，住户可以通过显示屏轻松查看水流量信息，而工作人员通过手持式终端设备，操控设备上的按键，便可以灵活查看住户的水流量，从而收取相应的费用。

1 总体设计方案

整个自来水用量无线读取的设计[2]，主要由单片机主控模块、霍尔水流量传感器、无线传输模块、矩阵键盘、液晶显示模块、电源供电模块等部分组成。

整个设计都以单片机STC89C52RC作为系统的主控芯片，由电源供电模块供电。住户家用流量计部分使用无线模块实时发送信息，并且通过显示屏显示累计流量值，住户可以通过显示屏轻松查看某一时间段内的流量值。工作人员可以通过操控手持式终端设备查看不同住户的水流量值，并且还能将住户的水流量复位，重新开始计数。本设计安装简便，携带方便，耗能少，提高了工作人员的工作效率。

2 硬件设计方案

本系统采用STC 公司的STC89C52单片机作为主控制器。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗8位微控制器，采用外部时钟，晶振频率可达12Mhz，具有32个通用IO口，从速度和管脚数量两个角度来看，可以达到本系统各个部分的要求。

系统硬件分为两个部分：住户家用流量计部分和手持式终端部分。住户家用流量计部分使用单片机P1.0-P1.5与无线模块nRF24L01[3]的六个信号线相连，P3.4作为霍尔水流量传感器的信号端，液晶1602的并行数据口与单片机P0.0-P0.7相连，RS、RW、EN分别连接至P2.0、P2.1、P2.2口。手持式终端部分使用单片机P1.0-P1.5与无线模块nRF24L01的六个信号线相连，矩阵键盘的X控制端与单片机P2.4-P2.7相连，Y控制端与单片机P3.4-P3.7相连，液晶1602的并行数据口与单片机P0.0-P0.7相连，RS、RW、EN分别连接至P2.0、P2.1、P2.2口。

系统显示部分采用M1602模块。该模块有两行、每行16个字符可以用来显示，可以满足累计水流量和消费金额的显示需求。第一行显示累计水流量值，第二行显示水流量值所对应的金额值。

矩阵键盘为4*4数目的按键，键盘上有“数字选择”功能，“确定”功能，“取消”功能，“复位”功能。工作人员到住户家收取费用时，通过按键选值选择该住户家的水流量计地址，此时手持式终端与住户家用流量计建立连接，该住户家用流量计的信息传到工作人员的手持式终端上，工作人员便可以根据手持式终端上的水流量值和所需金额值两个信息向用户收取相应的费用。“取消”功能是用来取消数字输入的。当工作人员收取了该用户该时间段内用水费用后，工作人员按下“复位”按键，既可以将住户家用水流值清零，以便下一个时间段内水流量值的累计。

根据该系统大部分硬件采用5V供电以及nRF24L01无线模块采用3.3V供电，所以采用高性能可充电锂电池提供7.4V直流电，再经三端稳压集成电路LM7805稳压，形成5V直流电供给单片机。5V直流电经过AMS1117-3.3V三端稳压电路形成稳定的3.3V，供给nRF24L01模块。

3 系统软件设计

3.1 家用水流量计

程序首先初始化无线模块nRF24L01和液晶1602，初始化完成后，程序处于主循环中处理事件[4]。在主循环中，程序等待接收并且计数器开始工作，当收到“复位”命令后，显示屏上的水流量值复位；如果收不到“复位”命令，计数器开始工作，当计数值达到某一特定值，程序便不在等待接收，继续向下执行。

水流量值采用中断计数的方式，并不影响主循环的进行。程序在等待接收工作完成后便向外发送多次当前的累计用水量值，以便工作人员改变手持式终端的地址与住户家用水流量计匹配进而接收相关信息。

3.2 手持式终端

程序初始化无线模块nRF24L01和液晶1602完成后，便进入主循环中。在主循环中，不同按键选择便会执行不同的功能。当工作人员输入与固定住户的水流量计的地址相匹配的号码时，无线模块已经匹配完成，便可以与家用水流量计互相传输数据。当工作人员按下“确认”按键，手持式终端的显示屏上便会显示该住户的某一时间段内的用水量值，并且智能算出当前累计用水量所对应的金额值，显示在显示屏上，这大大节省了工作人员的时间。

4 结束语

本系统提出的一种自来水用量无线读取设计，对于无线模块数据传输的灵活使用以及对于单片机数据的灵活操作，使得整个系统能够满足住户和工作人员使用需求。该设计的思想独特新颖，软件与硬件的完美结合，使得该设计应用型更强，推广也将更加方便。该设计的研究和实际应用也将为不断发展的自来水收费管理的问题，提供一种可用的解决方案。

参考文献：

[1]周泽阳.基于霍尔流量传感器的家用节水装置的探讨[J].现代企业教育，2013（07）：357-359.

[2]王杰.水流量计的设计和开发[J].成都信息工程学院学报，2006（12）：29-32.

[3]蔡向东.无线收发模块在多机通信中的设计与实现[J].吉林大学学报，2006（05）：469-472.

[4]郭天祥.《新概念51单片机C语言教程—入门提高开发拓展全攻略》[M].中国水利水电出版社，2009.

作者简介：沈新锋（1994—），江苏兴化人，南京信息工程大学，物联网工程专业。