基于32位高速處理器S3C44B0X實現(xiàn)水表智能抄表系統(tǒng)的設(shè)計

1 水表智能抄表系統(tǒng)簡介

目前，自來水表都是機械式的，而且多數(shù)自來水表都裝在戶內(nèi)，這給水表抄表員帶來了很大的麻煩。當抄表員抄表時，必須挨家挨戶用肉眼讀取水表的讀數(shù)，然后登記在隨身攜帶的小本子上?；厝ヒ院?，還要由專門的電腦輸入員把水表讀數(shù)輸入到計算機中的數(shù)據(jù)庫里，計算出本月的用水量，再打印出本月各用戶應(yīng)交的水費。這一過程不但工作量大，而且很容易出錯?，F(xiàn)在得理上海電子有限公司開發(fā)出了智能水表，對機械水表中的指針轉(zhuǎn)過的圈數(shù)進行計數(shù)，通過串口 RS422 發(fā)送水表讀數(shù)。這給自來水表的智能抄表系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

自來水表的智能抄表系統(tǒng)框圖如圖1所示。

用戶的機械式水表改裝成智能水表后，連接到裝在樓底下的匯集器上。匯集器每隔一定的時間（具體時間可以設(shè)置）對智能水表采集一次數(shù)據(jù)，保存在存儲器里。如果該樓梯的用戶數(shù)大于16個或連線超過500m時，需在智能水表與匯集器之間加中繼器，以增加驅(qū)動能力。智能抄表系統(tǒng)中的核心部分是便攜式抄表手機。它的主要任務(wù)是用自己的指令解釋并運行上位機所編的Foxpro程序；采集匯集器或者智能水表的數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容；并與上個月數(shù)據(jù)相比較，計算出用水量并當場打印賬單，由抄表員將各用戶的賬單放到樓梯口的用戶信箱中；通過手機上的USB接口可以將數(shù)據(jù)傳輸給計算機，由計算機進行處理、存檔。從而實現(xiàn)了水表到計算機的數(shù)據(jù)自動采集、傳輸、處理、打印等工作，免去了大量的手工勞動，極大地提高勞動效率。

抄表手機是連接上位機與匯集器、智能水表的核心部分。它有鍵盤輸入，可以手動查詢、更新數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；大屏幕LCD點陣顯示，良好的人機對話界面；16MB FLASH RAM，用于存放系統(tǒng)配置文件、程序及數(shù)據(jù)庫文件；2個RS232接口，一個USB接口。其中一個RS232接口連接紅外轉(zhuǎn)發(fā)器，實現(xiàn)同智能水表、匯集器的有線或紅外通訊，完成對每個水表的數(shù)據(jù)采集工作，并可通過該接口對匯集器或智能水表進行設(shè)置、修改。另一個RS232接口作為與微型串口打印機的通訊口。USB接口完成同計算機的通訊，可以將抄表手機中的數(shù)據(jù)傳送給計算機，也可以接收計算機下傳的DBF和PRG文件及其他系統(tǒng)配置文件。

2 32位機S3C44B0X在智能抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用

S3C44B0X CPU是SAMSUNG公司推出的基于ARM7TDMI核的精簡指令系統(tǒng)的32位高速處理器。它的工作電壓為3.3V，內(nèi)核ARM7TDMI的工作電壓僅為2.5V，大大降低了芯片的功耗。S3C44B0X帶有：①8個 MEMORY BANKS？用于管理外部存儲器，最大存儲容量達到256MB。可外擴EPROM SDRAM FLASH RAM USB LCD。每個Bank支持8/18/32位的數(shù)據(jù)格式，可尋址32MB（除BANK0，其后4MB保留給內(nèi)部寄存器使用）。其中BANK0專用于系統(tǒng)啟動，因此它的存儲器必須是線性尋址并且有記憶功能；BANK8、7專用于SRAM、FP/EDO/SDRAM等；②LCD控制器支持單色、4、16級灰度的LCD模塊；支持4位的單雙行掃描、8位的單行掃描形式的顯示類型；支持的主要顯示點陣為：640×480？ 320×240 160×160等；③兩路UART口，最高波特率為115200baud，支持IrDA 1.0，可用于紅外通訊；④5路PWM調(diào)制輸出，可用于控制蜂鳴器輸出不同聲音，提示系統(tǒng)各類信息；⑤71個I/O口，包括8個外部中斷源，可用于鍵盤、LCD背光、照明控制等；⑥8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，可用于系統(tǒng)電池檢測；⑦帶日歷功能的系統(tǒng)實時時鐘，可用于紀錄抄表時間；⑧內(nèi)置的PLL鎖相環(huán)可以設(shè)置系統(tǒng)工作頻率，最高達73MHz；⑨4種系統(tǒng)工作模式：正常、慢速、閑置和停止模式。根據(jù)需要設(shè)置不同的工作方式，可以降低系統(tǒng)功耗。

用S3C44B0X實現(xiàn)智能抄表手機功能的硬件連接圖如圖2所示。

2.1 S3C44B0X與SDRAM HY57V161610D的連接

在抄表手機中運行的是一個自己編寫的小型操作系統(tǒng)。它擁有自己的文件系統(tǒng)，能夠解釋并運行上位機所編寫的Foxpro程序。由于牽涉到對數(shù)據(jù)庫的操作，系統(tǒng)所需的內(nèi)存較大。本系統(tǒng)選擇了HYUNDAI公司的SDRAM-HY57V161610D。它的數(shù)據(jù)寬度為16位，由兩個BANK組成，共2MB的存儲容量。由于S3C44B0X的BANK6、7支持SDRAM？因此它與HY57V161610D的連接相當簡單？不需要軟件驅(qū)動程序，只要設(shè)置兩個寄存器即可。在BWSCON寄存器中設(shè)置BANK6的數(shù)據(jù)寬度為16位，在BANKCON6寄存器中設(shè)置MT＝0X3，Trcd＝0X0，SCAN＝0X0。

2.2 S3C44B0X與FLASH KM29U128T的連接

抄表手機中保存抄表所得的數(shù)據(jù)庫。當用戶較多時，數(shù)據(jù)庫會占用較大的存儲空間。特別是當進行一個月用水報表分析時，匯集器每隔一小時（或者更短）就存儲一次數(shù)據(jù)，抄表手機必須讀取這一個月的全部數(shù)據(jù)。此時的數(shù)據(jù)庫是相當龐大的。因此選擇了SAMSUNG公司的FLASH-KM29U128T，該FLASH存儲容量達16MB，足夠數(shù)據(jù)庫存儲使用。它的不足之處是：它不是線性尋址的，存儲速度較慢；讀寫比較麻煩，必須按頁為單位（512字節(jié)）進行讀寫，每次寫之前必須對該頁所在的BLOCK進行一次擦除；而且它并不保證每個BLOCK（32PAGE為一個BLOCK）都是好的，壞率為1%，但它保證前兩個BLOCK肯定是好的。

利用前兩個BLOCK建立一個FAT表，用邏輯的BLOCK號對應(yīng)物理上的BLOCK，每次讀寫都對邏輯上的BLOCK進行操作。在每次寫操作時都進行一次讀操作，與所寫的內(nèi)容進行比較。如果發(fā)現(xiàn)有所不同，就再寫一次；若再錯就認為該BLOCK壞了，做好標記并找后面好的BLOCK來代替，這樣能保證邏輯上的BLOCK都是好的。

2.3 3C44B0X與LCD TCM-A0902的連接

3C44B0X自帶LCD控制模塊，但它并不支持所有點陣形式的LCD。為了充分利用該芯片，可以選它所支持的LCD。但如果一定要用其他的LCD，這也沒關(guān)系，因為對LCD的操作就象對其他的存儲器操作一樣簡單。

本系統(tǒng)選用的是EPSON公司的TCM-A0902、單色、320×200。直接使用3C44B0X的BANK4來控制。由于3C44B0X是高速處理器，因此在對LCD操作時加入了軟延時。

LCD顯示滿屏的程序如下：

#define LCDCMD volatile unsigned char 0x8000000

#define LCDDATA volatile unsigned char 0x8000001

void Lcd_Displayfull void //顯示滿屏

？ int j；

U8 I k；

LCDCMD＝PASET； //頁面設(shè)置，page0

LCDDATA＝0x0；

LCDCMD＝CASET； //列設(shè)置， column0

LCDDATA＝0x0；

LCDDATA＝0x0；

For i＝0？i＜25 I++ //從第0頁到24頁

？ for j＝0？j＜320？j++ //從第0列到319列

？ LCDCMD＝MWRITE； //寫命令

LCDDATA ＝1cd_disp I j； //寫數(shù)據(jù)

For k＝0？k＜3？k++； //軟延時

？

LCDCMD＝RETURN； //換頁

？

2.4 3C44B0X與USB9603的連接

由于抄表手機抄表所得的數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)庫的形式傳送給上位機，當數(shù)據(jù)庫較大時不可能通過串口傳送。USB通訊時，最高理論傳輸速率可達到12MB/s，因此可以通過USB來傳送數(shù)據(jù)庫。由于3C44B0X不帶USB接口，因此必須外擴一個USB接口。

本系統(tǒng)選用NATIONAL公司的USBN9603。它是9602的改進型，對9602存在的一些缺陷作了改正，并減少了部分寄存器，使得對USB通訊的編程相對簡單了許多。由于牽涉到對FLASH的操作，USB的通訊速率并沒有想象的那樣高。下傳數(shù)據(jù)庫時，由于要對FLASH進行寫操作，USB的傳輸速率只有200KB/s？但是上傳時只對FLASH進行讀操作，USB的傳輸速率就明顯快多了，可以達到800KB/s。因此，選擇何種FLASH，如何對FLASH進行編程，對USB的傳輸速率有較大的影響。

2.5 抄表手機其他部分

抄表手機還包括鍵盤輸入、串口通訊、電池檢測等部分。這幾部分比較簡單。比如鍵盤輸入部分：如果想用鍵盤中斷，只要用外部中斷EINT4、5、6、7，因為這四個中斷源的中斷入口地址是同一個，再加上幾個普通的I/O口就可以組成一個中斷鍵盤。如果想改成掃描鍵盤，那也很簡單，只要把EINT4、5、6、7設(shè)置成I/O口功能就可以了，硬件上不需要作任何改動。串口通訊也很簡單，只要在S3C44B0X的UART口上外接一片MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片就可以實現(xiàn)標準的RS232通訊功能。電池檢測部分只要把來自電池部分的電壓連接到某個A/D口就可以了。如果所用的電池電壓高于S3C44B0X的工作電壓（3.3V），通過電阻分壓后再接到A/D口。

由于FLASH KM29U128T不是線性尋址的？不能作為系統(tǒng)啟動之用。因此，需要一片線性尋址的EEPROM 如29EE010作為系統(tǒng)初始化使用。它的主要任務(wù)是初始化系統(tǒng)，把存于FLASH中的操作系統(tǒng)調(diào)入SDRAM中運行。因此，EEPROM的容量不需很大。硬件連接時注意EEPROM的片選信號應(yīng)接S3C44B0X的BANK0？NGCS0。

自來水表的智能抄表系統(tǒng)是個比較大的系統(tǒng)，本文只涉及到它的核心部分，而且是硬件部分。軟件部分的工作量也較大，要能夠用S3C44B0X的指令解釋并運行FOXPRO程序。以ARM7TDMI為內(nèi)核的S3C44B0X能夠在SDT2.5的調(diào)試平臺上用標準Ｃ語言進行編程調(diào)試、軟件仿真，大大縮短了軟件的開發(fā)周期。

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