基于32位高速处理器S3C44B0X实现水表智能抄表系统的设计

1 水表智能抄表系统简介

目前，自来水表都是机械式的，而且多数自来水表都装在户内，这给水表抄表员带来了很大的麻烦。当抄表员抄表时，必须挨家挨户用肉眼读取水表的读数，然后登记在随身携带的小本子上。回去以后，还要由专门的电脑输入员把水表读数输入到计算机中的数据库里，计算出本月的用水量，再打印出本月各用户应交的水费。这一过程不但工作量大，而且很容易出错。现在得理上海电子有限公司开发出了智能水表，对机械水表中的指针转过的圈数进行计数，通过串口 RS422 发送水表读数。这给自来水表的智能抄表系统奠定了基础。

自来水表的智能抄表系统框图如图1所示。

用户的机械式水表改装成智能水表后，连接到装在楼底下的汇集器上。汇集器每隔一定的时间（具体时间可以设置）对智能水表采集一次数据，保存在存储器里。如果该楼梯的用户数大于16个或连线超过500m时，需在智能水表与汇集器之间加中继器，以增加驱动能力。智能抄表系统中的核心部分是便携式抄表手机。它的主要任务是用自己的指令解释并运行上位机所编的Foxpro程序；采集汇集器或者智能水表的数据，更新数据库中的内容；并与上个月数据相比较，计算出用水量并当场打印账单，由抄表员将各用户的账单放到楼梯口的用户信箱中；通过手机上的USB接口可以将数据传输给计算机，由计算机进行处理、存档。从而实现了水表到计算机的数据自动采集、传输、处理、打印等工作，免去了大量的手工劳动，极大地提高劳动效率。

抄表手机是连接上位机与汇集器、智能水表的核心部分。它有键盘输入，可以手动查询、更新数据库中的数据；大屏幕LCD点阵显示，良好的人机对话界面；16MB FLASH RAM，用于存放系统配置文件、程序及数据库文件；2个RS232接口，一个USB接口。其中一个RS232接口连接红外转发器，实现同智能水表、汇集器的有线或红外通讯，完成对每个水表的数据采集工作，并可通过该接口对汇集器或智能水表进行设置、修改。另一个RS232接口作为与微型串口打印机的通讯口。USB接口完成同计算机的通讯，可以将抄表手机中的数据传送给计算机，也可以接收计算机下传的DBF和PRG文件及其他系统配置文件。

2 32位机S3C44B0X在智能抄表系统中的应用

S3C44B0X CPU是SAMSUNG公司推出的基于ARM7TDMI核的精简指令系统的32位高速处理器。它的工作电压为3.3V，内核ARM7TDMI的工作电压仅为2.5V，大大降低了芯片的功耗。S3C44B0X带有：①8个 MEMORY BANKS？用于管理外部存储器，最大存储容量达到256MB。可外扩EPROM SDRAM FLASH RAM USB LCD。每个Bank支持8/18/32位的数据格式，可寻址32MB（除BANK0，其后4MB保留给内部寄存器使用）。其中BANK0专用于系统启动，因此它的存储器必须是线性寻址并且有记忆功能；BANK8、7专用于SRAM、FP/EDO/SDRAM等；②LCD控制器支持单色、4、16级灰度的LCD模块；支持4位的单双行扫描、8位的单行扫描形式的显示类型；支持的主要显示点阵为：640×480？ 320×240 160×160等；③两路UART口，最高波特率为115200baud，支持IrDA 1.0，可用于红外通讯；④5路PWM调制输出，可用于控制蜂鸣器输出不同声音，提示系统各类信息；⑤71个I/O口，包括8个外部中断源，可用于键盘、LCD背光、照明控制等；⑥8路10位A/D转换器，可用于系统电池检测；⑦带日历功能的系统实时时钟，可用于纪录抄表时间；⑧内置的PLL锁相环可以设置系统工作频率，最高达73MHz；⑨4种系统工作模式：正常、慢速、闲置和停止模式。根据需要设置不同的工作方式，可以降低系统功耗。

用S3C44B0X实现智能抄表手机功能的硬件连接图如图2所示。

2.1 S3C44B0X与SDRAM HY57V161610D的连接

在抄表手机中运行的是一个自己编写的小型操作系统。它拥有自己的文件系统，能够解释并运行上位机所编写的Foxpro程序。由于牵涉到对数据库的操作，系统所需的内存较大。本系统选择了HYUNDAI公司的SDRAM-HY57V161610D。它的数据宽度为16位，由两个BANK组成，共2MB的存储容量。由于S3C44B0X的BANK6、7支持SDRAM？因此它与HY57V161610D的连接相当简单？不需要软件驱动程序，只要设置两个寄存器即可。在BWSCON寄存器中设置BANK6的数据宽度为16位，在BANKCON6寄存器中设置MT＝0X3，Trcd＝0X0，SCAN＝0X0。

2.2 S3C44B0X与FLASH KM29U128T的连接

抄表手机中保存抄表所得的数据库。当用户较多时，数据库会占用较大的存储空间。特别是当进行一个月用水报表分析时，汇集器每隔一小时（或者更短）就存储一次数据，抄表手机必须读取这一个月的全部数据。此时的数据库是相当庞大的。因此选择了SAMSUNG公司的FLASH-KM29U128T，该FLASH存储容量达16MB，足够数据库存储使用。它的不足之处是：它不是线性寻址的，存储速度较慢；读写比较麻烦，必须按页为单位（512字节）进行读写，每次写之前必须对该页所在的BLOCK进行一次擦除；而且它并不保证每个BLOCK（32PAGE为一个BLOCK）都是好的，坏率为1%，但它保证前两个BLOCK肯定是好的。

利用前两个BLOCK建立一个FAT表，用逻辑的BLOCK号对应物理上的BLOCK，每次读写都对逻辑上的BLOCK进行操作。在每次写操作时都进行一次读操作，与所写的内容进行比较。如果发现有所不同，就再写一次；若再错就认为该BLOCK坏了，做好标记并找后面好的BLOCK来代替，这样能保证逻辑上的BLOCK都是好的。

2.3 3C44B0X与LCD TCM-A0902的连接

3C44B0X自带LCD控制模块，但它并不支持所有点阵形式的LCD。为了充分利用该芯片，可以选它所支持的LCD。但如果一定要用其他的LCD，这也没关系，因为对LCD的操作就象对其他的存储器操作一样简单。

本系统选用的是EPSON公司的TCM-A0902、单色、320×200。直接使用3C44B0X的BANK4来控制。由于3C44B0X是高速处理器，因此在对LCD操作时加入了软延时。

LCD显示满屏的程序如下：

#define LCDCMD volatile unsigned char 0x8000000

#define LCDDATA volatile unsigned char 0x8000001

void Lcd_Displayfull void //显示满屏

？ int j；

U8 I k；

LCDCMD＝PASET； //页面设置，page0

LCDDATA＝0x0；

LCDCMD＝CASET； //列设置， column0

LCDDATA＝0x0；

LCDDATA＝0x0；

For i＝0？i＜25 I++ //从第0页到24页

？ for j＝0？j＜320？j++ //从第0列到319列

？ LCDCMD＝MWRITE； //写命令

LCDDATA ＝1cd_disp I j； //写数据

For k＝0？k＜3？k++； //软延时

？

LCDCMD＝RETURN； //换页

？

2.4 3C44B0X与USB9603的连接

由于抄表手机抄表所得的数据是以数据库的形式传送给上位机，当数据库较大时不可能通过串口传送。USB通讯时，最高理论传输速率可达到12MB/s，因此可以通过USB来传送数据库。由于3C44B0X不带USB接口，因此必须外扩一个USB接口。

本系统选用NATIONAL公司的USBN9603。它是9602的改进型，对9602存在的一些缺陷作了改正，并减少了部分寄存器，使得对USB通讯的编程相对简单了许多。由于牵涉到对FLASH的操作，USB的通讯速率并没有想象的那样高。下传数据库时，由于要对FLASH进行写操作，USB的传输速率只有200KB/s？但是上传时只对FLASH进行读操作，USB的传输速率就明显快多了，可以达到800KB/s。因此，选择何种FLASH，如何对FLASH进行编程，对USB的传输速率有较大的影响。

2.5 抄表手机其他部分

抄表手机还包括键盘输入、串口通讯、电池检测等部分。这几部分比较简单。比如键盘输入部分：如果想用键盘中断，只要用外部中断EINT4、5、6、7，因为这四个中断源的中断入口地址是同一个，再加上几个普通的I/O口就可以组成一个中断键盘。如果想改成扫描键盘，那也很简单，只要把EINT4、5、6、7设置成I/O口功能就可以了，硬件上不需要作任何改动。串口通讯也很简单，只要在S3C44B0X的UART口上外接一片MAX232电平转换芯片就可以实现标准的RS232通讯功能。电池检测部分只要把来自电池部分的电压连接到某个A/D口就可以了。如果所用的电池电压高于S3C44B0X的工作电压（3.3V），通过电阻分压后再接到A/D口。

由于FLASH KM29U128T不是线性寻址的？不能作为系统启动之用。因此，需要一片线性寻址的EEPROM 如29EE010作为系统初始化使用。它的主要任务是初始化系统，把存于FLASH中的操作系统调入SDRAM中运行。因此，EEPROM的容量不需很大。硬件连接时注意EEPROM的片选信号应接S3C44B0X的BANK0？NGCS0。

自来水表的智能抄表系统是个比较大的系统，本文只涉及到它的核心部分，而且是硬件部分。软件部分的工作量也较大，要能够用S3C44B0X的指令解释并运行FOXPRO程序。以ARM7TDMI为内核的S3C44B0X能够在SDT2.5的调试平台上用标准Ｃ语言进行编程调试、软件仿真，大大缩短了软件的开发周期。

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