基于 MSP430 单片机的远传智能水表的设计与实现
摘要：远传智能水表是科技不断进步的产物，为水资源的保护做出重要贡献。我国智能水表的发展起步晚，1990 年后获得了较大的发展， 但仍然在价格、品质方面存在着很大的问题。远传智能水表的整体设计依托于计算机和无线网络技术，稳定性高、可靠性好。远传智能水表的硬件包括LCD 显示模块、IC 卡读写模块、NB-IOT（窄带物联网）模组、电机阀控制模块、流量采集模块、电压检测模块等，软件设备包括系统初始化模块设计、LCD 液晶显示屏模块设计、中断处理模块设计、电机阀门控制程序设计、IC 卡管理模块设计、NB-IOT 远传设计、采集模块设计等，提高了用水管理的效率，为水资源的节约做出重要贡献。
关键词：MSP430 单片机；远传智能水表；设计；实现 引言
由于智能水表要对居民的用水状况和数据进行远程传输，因此 在智能水表设计的过程中，要保证数据传输的真实性和可靠性。由于 智能水表最终面对的用户为普通居民，因此在设计过程中要充分考虑市场价格、竞争力、性价比等因素，运用创新手段实现高性价比。MSP430 单片机远传智能水表还拥有多个数据通信通道，能够更加便捷地进行功能的扩展与设备的增减，这就使得整体系统的开发与完善所需时间缩短，实现了智能化。 智能水表的发展现状
随着现代电子技术的发展，单片机技术已经被广泛运用于水表的研究之中，在世界上许多发达国家，远程抄水表技术已经得到实现。 但是我国的水表技术起步晚，发展较为缓慢。1990 年之后，我国的水表产业发展步入正轨，社会对于水表的研究和开发力度加大，水表种 类也逐渐增多，各类智能水表层出不穷。但是我国的智能水表产业仍 然存在着许多问题，例如智能水表由于其较高的科技含量导致价格普遍偏高、智能水表生产公司生产技术和工艺不过关进而影响了智能水表的质量、智能水表的安全性能得不到保障等问题，都制约着智能水 表产业的进一步发展。未来的智能水表将朝着更加智能化的方向发展， 水表管理人员与用户之间将实现双向管理，一改以往的单向管理，使 用户也能够对水表进行管理，为用户提供了便捷。此外，智能水表将 实现数据的共享，进一步完善内部数据处理系统和管理流程，为水资 源的节约提供依据。
远传智能水表的软硬件设计与实现
远传智能水表的硬件设计与实现远传智能水表的硬件设备包括 LCD 显示模块、IC 卡读写模块、NB-IOT 模组、电机阀控制模块、流量采集模块、电压检测模块，其硬件电路总引脚数为 100，拥有 36 个段级的液晶驱动模块和三个通用串型通信接口。LCD 显示屏硬件的实现要根据公共端数目的不同使用不同的驱动方式，LCD 显示屏的驱动方式包括 IMUX、2MUX、3MUX 以及 4MUX。不同的驱动方式所适用的公共端脚引数、液品段数不同。根据实际工作需求，水表的 LCD 显示屏显示内容包括累计用水量、剩余水量、累计水价、故障类型提示、 阀门开关状态等。IC 卡读写模块硬件的实现利用的是射频卡的工作原理，当IC 卡读写模块处于不工作状态时，设备处于休眠状态，能耗较低，当射频卡进入读写模块的射频场时，读写模块则会会准确读出射频卡的命令内容，最终实现使用者查询、打开或关闭、故障检查等的操作。NB-IOT 模组是智能水表工作过程中实现远程传输的重要环节， NB-IOT 模组的工作模式包括数据的实施传输和数据的定时传输。数据的实时传输需要这一模块每天不间断地进行供电实时在线，因此能耗较大，实现较为困难。而数据的定时上报只需在每日夜间零时进行
计量数据冻结，然后上报，能耗较小，适用于我国西部等人烟较为稀 少的地区。 远传智能水表的软件设计远传智能水表的软件设备包括系统初始化模块设计、LCD 液晶显示屏模块设计、中断处理模块设计、电机阀门控制程序设计、IC 卡管理模块设、NB-IOT 模组使用设计、采集模块设计等。LCD 液晶显示屏模块将显示的内容包括居民的剩余水量、购买水量、累计水量、日期和时间、报警系统以及阀门的状态和故障。LCD 液晶显示屏在具体工作时首先关闭看门狗，再进行系统时钟的设置，完成 LCD 显示屏的初始化之后，显示的内容便可以被写至显存，实现 LCD 的显示，并进入低功耗状态。非接触式 IC 读写卡程序根据用户的实际需求设计出四类读写卡，包括用户持有的用户卡、 水务管理人员持有的检查卡、阀门维护卡和强制开关阀卡。用户在使用用户卡时，将IC 卡靠近刷卡区，设备读取IC 卡合法且密码正确时， IC 卡将进行水量的读取，在用户水量依然高于警戒水量时设备将开阀，用户可以正常用水。NB-IOT 模组的软件在进行数据传输时有现场操作和远程操作两种操作方式，在管理人员或用于对智能水表进行了查询或开关阀门的操作时，这些操作记录都将会上传到后台的水表监控系统中，实现对操作记录的监控。管理人员也可以通过远程操作实现对操作记录的监控。操作人员可以利用每台智能水表的仪表地址在后台实现对智能水表的远程操作。因此 NB-IOT 模组具有监控系统的上行通讯协议和下行通讯协议。下行通讯协议是通过后台的智能水表监控系统向每一台智能水表发送查询或开关的指令，而上行通讯协议则是在用户或管理人员施行了相关操作后，再将操作记录上传至后台。智能水表的运用为阶梯水价的施行提供了便利，对于超过一级用水量的用户，将增收水资源费，提高水价。阶梯水价机制能够有效地促使用户自觉节约水资源，为水资源的保护做出重要贡献。 结束语
随着经济社会的不断发展，水资源的节约成为社会关注的重点， 而科技的发展也不断带动着人民生活朝着智能化的方向发展，在这样 的背景下，智能水表应运而生，极大地促进了水资源的节约，为保护 环境做出贡献，还为人们的生活提供了便利。 参考文献
吴正平, 张兆蒙, 李东, 颜华, 尹凡, 马占稳. 基于 NB-IoT智 能水表抄表系统设计与实现[J]. 传感器与微系统,2019,38(11):93-95.
罗宇峰. 智能水表抄表系统设计[D]. 浙江工商大学,2019.
江武志 , 许娜芬 , 钟炜杰 , 李金墉 . 基于物联网 LoRa 智能水表的研究与设计[J]. 物联网技术,2018,8(08):77-79.
张明达 , 黄建明 . 基于 Si4432 的无线远传智能阶梯计费水表设计[J]. 电子测量技术,2017,40(08):235-239.
