摘 要: 介紹水表" title="水表">水表智能抄表系統(tǒng)的核心部分——抄表手機，以及如何用32位機S3C44B0X" title="S3C44B0X">S3C44B0X來實現(xiàn)抄表手機的功能。
關(guān)鍵詞: 智能抄表系統(tǒng) 抄表手機 S3C44B0X CPU ARM" title="ARM">ARM7TDMI核 USB" title="USB">USB總線
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(dāng)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。回去以后，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(jìn)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(dāng)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(jìn)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(jìn)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(dá)到256MB?？赏鈹UEPROM，SDRAM，F(xiàn)LASH RAM，USB，LCD。每個Bank支持8/16/32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;BANK6、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(jì)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(dá)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(dāng)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(dāng)用戶較多時，數(shù)據(jù)庫會占用較大的存儲空間。特別是當(dāng)進(jìn)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(dāng)龐大的。因此選擇了SAMSUNG公司的FLASH—KM29U128T，該FLASH存儲容量達(dá)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(jìn)行讀寫，每次寫之前必須對該頁所在的BLOCK進(jìn)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(jìn)行操作。在每次寫操作時都進(jìn)行一次讀操作，與所寫的內(nèi)容進(jìn)行比較。如果發(fā)現(xiàn)有所不同，就再寫一次;若再錯就認(rèn)為該BLOCK壞了，做好標(biāo)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 =lcd_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(dāng)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(dá)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(jìn)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(jìn)行寫操作，USB的傳輸速率只有200KB/s；但是上傳時只對FLASH進(jìn)行讀操作，USB的傳輸速率就明顯快多了，可以達(dá)到800KB/s。因此，選擇何種FLASH，如何對FLASH進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)C語言進(jìn)行編程調(diào)試、軟件仿真，大大縮短了軟件的開發(fā)周期。
參考文獻(xiàn)
1 SUMSUNG公司.S3C44B0X USER MANUAL.
2 SUMSUNG公司.SPECIFICATION KM29U128T.
3 EPSON 公司.SPECIFICATION TCM-A0902-10.
4 NATIONAL公司.SPECIFICATION USBN9603.2000
5 HYUNDAL公司.SPECIFICATION HY57V161610D.1999