基于STC89C52RC微控制器的大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計摘要水資源的管理越來越受到重視，尤其對于中國這種水資源比較匱乏的國家,如果能夠采用合適的科技手段率先將這部分用水實現(xiàn)自動化計量和管理，就可以將水資源管理提高到一個比較高的層次，有利于提高節(jié)水意識，進一步節(jié)約水資源，同時帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。為此設(shè)計了以STC89C52RC低功耗微控制器為核心，利用無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及遠傳的數(shù)據(jù)采集終端。通信部分采用NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，彌補了傳統(tǒng)機械水表存在的缺點，具有功耗低、成本低、大連接、覆蓋廣等優(yōu)點；主控芯片采用低功耗的STC89C52RC微控制器，可實現(xiàn)電池電壓預(yù)警、周期數(shù)據(jù)上報、遠程下發(fā)指令等功能；提出了專用的脈沖計數(shù)平衡算法，實現(xiàn)了正、反向流量雙向計量功能；通過綜合運用通信終端的三種工作方式，達到了低功耗的設(shè)計目標；本文較為詳細的介紹了硬件及軟件設(shè)計，通過一系列的技術(shù)手段，不斷優(yōu)化大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)的性能，提高了大表計量和管理的科學技術(shù)水平，在自來水自動化管理中得到廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：大口徑水表；NB-IoT；數(shù)據(jù)采集；單片機目錄5322摘要 緒論信息化時代的到來，自來水公司越來越追求對水表數(shù)據(jù)的自動采集和智能管理。大口徑水表是自來水公司必要的計水工具，水表的選擇和管理對于降低水管的漏損，提高供水行業(yè)的效益，具有明顯且深遠的意義。目前大口徑水表查抄工作存在著一系列的缺陷，為了克服一系列的難題，實時掌握用戶的用水狀態(tài)，積極研發(fā)對采集到的的水表數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)是十分必要的。隨著通信技術(shù)的不斷成熟和智慧水務(wù)[1]的不斷發(fā)展，大口徑水表的數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)的研究與應(yīng)用必將成為未來智能水表的發(fā)展趨勢。課題背景在這個現(xiàn)代化和后工業(yè)化的城市中,對天然水資源的保護和管理受到了高度重視,尤其對于中國目前處在這樣一個天然水資源嚴重匱乏的發(fā)展中國家來說，對水資源的科學利用顯得尤為重要。有公論說，水很有可能在幾十年之后成為制約中國發(fā)展的主要瓶[2]。在中國城市水的使用當中，供水行業(yè)是城市設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)，工業(yè)用水在整個用水量中占到了很大的比重，除了用水計量、用水付費、節(jié)約用水等措施外，加強管網(wǎng)監(jiān)測，控制管網(wǎng)漏損也是一個重要措施。然而,我國現(xiàn)階段的供水運輸行業(yè)的技術(shù)和發(fā)展能力水平仍然比較落后。國內(nèi)自從開始使用人工抄表等計量器械手機進行測定以來,多年來都采取了由查表工作人員接受機械入戶的查表和收費模式,但由于當時城市中人口稠密、房屋小區(qū)分散、高層住房居民的用戶日益擴大,人工抄表等收費模式的弊端日益凸顯,并且這種模式在互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)高速發(fā)展和迅速普及的今天,顯得尤其落后。目前，大口徑水表主要用于供水區(qū)域入口計量，與流量計相比，具有價格便宜、通信費用低、便于實現(xiàn)電池供電等優(yōu)點，因而在全國供水企業(yè)中常采用大流量的大口徑水表。大口徑水表（公稱口徑>50mm），常見的有水平螺翼式、垂直螺翼式及超聲波水表三種形式[2]。大口徑水表的位置安裝分布分散，如果僅僅依靠現(xiàn)場查抄，很難做到水表數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，并且抄表周期過長。除此之外，人工抄表并不能及時檢查水表是否處在正常的工作狀態(tài)，無法及時檢測到水表的各種異常情況。供水企業(yè)若不及時發(fā)現(xiàn)并排除這些情況，則會提高漏損率，造成水資源浪費，嚴重影響自來水行業(yè)的經(jīng)濟效益和管理水平。因此，如何可以實現(xiàn)大口徑水表數(shù)據(jù)采集的智能化，實時監(jiān)測用戶用水情況和檢查水表的工作狀態(tài)，是當前自來水公司面臨并需要解決的問題。除此以外，水表通信終端的工作環(huán)境非常惡劣，常年處于高溫、高濕環(huán)境，甚至會浸于水中，網(wǎng)絡(luò)信號差，要求電池供電保持數(shù)年的正常工作時間，惡劣的工作環(huán)境對大口徑水表通信終端的設(shè)計研究提出了更苛刻的要求。國內(nèi)外發(fā)展概況國外發(fā)展概況20世紀80年代，美國研發(fā)出了自動查抄水表技術(shù)，得到了不錯的效果，進而被廣泛地應(yīng)用到各種行業(yè)和各種領(lǐng)域。美國、加拿大等國家對于自動抄表技術(shù)的研究比較早，技術(shù)也相對來說較為成熟，經(jīng)過不斷的研發(fā)和總結(jié)，已經(jīng)大致形成了一套相對完成規(guī)范的技術(shù)體系。隨著時間的發(fā)展，某些中東國家的自來水公司近年來開始普及自動抄表技術(shù)，要求水表具有M-Bus接口或內(nèi)置無線M-Bus模組[3]。這種方案同時也得到了歐洲一些國家的認同和使用。歐洲形成一套以O(shè)PENmeter體制架構(gòu)為核心的標準，涉及到了智能抄表技術(shù)中的多種方面。隨著歐洲大范圍普及智能抄表設(shè)施后，大大小小的問題層出不窮。根據(jù)地方人口的分布特點和居住環(huán)境的各種因素的考慮，非洲、東南亞、中東等人口密度高的國家采用寬帶PLC技術(shù)，在人口低密度的拉美等國家，采用無線通信技術(shù)，來保障最高性價比。無線通信技術(shù)中又以基于NB-IoT無線通信技術(shù)的eLTE-IoT方案最佳，NB-IoT無線通信技術(shù)具有廣覆蓋的特點，可以滿足較大規(guī)模的集中抄表。國內(nèi)發(fā)展概況我國發(fā)展不平衡，各個地區(qū)發(fā)展差異較大，欠發(fā)達地區(qū)還在使用傳統(tǒng)的機械水表，在較為發(fā)達的大城市已經(jīng)開始試用遠傳式智能水表，這種遠傳式的智能水表改變了傳統(tǒng)的抄表方式，可以自動采集水表數(shù)據(jù)并且上傳的云平臺進行統(tǒng)一的管理[4]。但是長期以來，我國的大口徑水表一直使用經(jīng)典的可拆卸垂直翼式水表和水平螺翼式水表，如果要想獲取水表的數(shù)據(jù)，則必須得有專人專門到指定的表井或者特定的場所進行抄表。這種人工查抄水表的方式勞動強度大、查抄周期長、數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理難，并且查抄到的數(shù)據(jù)準確度較低。20世紀90年代，智能水表被中國引入，通過不斷的更新和發(fā)展，已經(jīng)逐步形成了較為完整的技術(shù)體系。但對大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計的開發(fā)仍存在一些問題，需要不斷地完善其系統(tǒng)功能，更好的更好的滿足用戶需求和供水企業(yè)的要求。本文主要研究內(nèi)容本文研究的“大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計”，主要包括硬件選擇及其電路的設(shè)計和軟件設(shè)計調(diào)試兩部分。系統(tǒng)的硬件部分是脈沖傳感器、數(shù)據(jù)采集器及單片機等進行選擇設(shè)計;軟件方面涉及大口徑水表數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理及數(shù)據(jù)遠傳[5]。本文主要的研究內(nèi)容如下；（1）大口徑水表數(shù)據(jù)的采集在大口徑水表中加上干簧管傳感器，當用戶用水時，干簧管開始工作產(chǎn)生計量脈沖。大口徑水表數(shù)據(jù)的自動采集是整個終端設(shè)計系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的工作。大口徑水表數(shù)據(jù)的脈沖信號直接發(fā)送到CPU中，實現(xiàn)單片機與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接，由單片機來監(jiān)視大口徑水表的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對水表數(shù)據(jù)的采集、分析、加工、處理和存儲。（2）大口徑水表數(shù)據(jù)的傳輸無線遠傳水表以實現(xiàn)非接觸式的數(shù)據(jù)獲取為主要目標，本文通過采用NB-IoT無線通信技術(shù)對大口徑水表進行數(shù)據(jù)的遠程傳輸和發(fā)送，不再需要人工檢測和查抄水表，這不僅大大提高了采集水表數(shù)據(jù)的精度和準確性，同時也降低了抄表工人的勞動強度。除此之外，利用NB-IoT無線通信技術(shù)可實時反映用戶的用水情況，在一定程度上降低了偷水盜水現(xiàn)象的發(fā)生。本設(shè)計題目要求設(shè)計大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端，設(shè)計時需考慮以下因素：（1）以單片機為核心的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計；（2）輸入接口電路設(shè)計，按雙脈沖信號采集用水信息；（3）通信接口設(shè)計，考慮采用NB-IoT方式；（4）通信協(xié)議設(shè)計；協(xié)議應(yīng)符合CJ/T188并以軟件實現(xiàn)；（5）計量程序設(shè)計；（6）通信程序設(shè)計；（7）其它相關(guān)程序設(shè)計?？傮w方案設(shè)計總體方案設(shè)計原理大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計由高能鋰電池供電，使用超低功耗的STC89C52RC控制器來管理整個系統(tǒng)，對大口徑水表進行數(shù)據(jù)采集，通過外接式水表采集器將干簧管采集到的脈沖信號按CJ/T188通信協(xié)議的格式發(fā)送到MCU中，再通過無線通信NB-IoT模塊將數(shù)據(jù)傳輸至遠程主站[6]。電池的供電能力、電源的管理和通信方式都是大口徑水表通信終端能否正常運行5年以上的關(guān)鍵。總體方案設(shè)計圖圖2-1系統(tǒng)總體方案設(shè)計圖方案小結(jié)本系統(tǒng)主要由NB-IoT通信網(wǎng)絡(luò)、單片機系統(tǒng)、水表數(shù)據(jù)采集器(干簧管)等構(gòu)成，單片機通過傳感器采集到用水數(shù)據(jù)并實現(xiàn)本地存儲(也就是存儲到單片機內(nèi)部EEPROM或外擴的FLASH中)，數(shù)據(jù)在單片機中進行分析處理并存儲，規(guī)定的時間到或是接收到平臺的讀命令后,系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù),在單片機中對于加工處理的數(shù)據(jù)都是可以由NB-IoT無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸并發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)平臺的。對于大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計的研究與應(yīng)用，既可以有效提高自來水公司的管理水平和運營工作效率，又可以給公司帶來一定的經(jīng)濟效益和社會效益。下面就硬件選擇和軟件設(shè)計分別作以敘述。硬件設(shè)計硬件設(shè)計原理大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計的主要思路是：首先在當前使用的傳統(tǒng)機械水表中加裝傳感器和數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)將用戶用水的物理量變成電信號，將采集到的的電信號發(fā)送到MCU中進行數(shù)據(jù)分析加工和處理并最后進行存儲。本設(shè)計采用基于NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無線通信模塊，把單片機分析加工處理后的水表數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_上，對大口徑水表數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理[7]。終端設(shè)計硬件主要劃分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、單片機系統(tǒng)和通信模塊三個部分。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集器、脈沖式傳感器等組成，其中采集器是水表數(shù)據(jù)采集終端的核心，不但負責對大口徑水表的脈沖個數(shù)進行計量統(tǒng)計，進而算出用戶累計用水量，同時通過通信模塊接收來自單片機系統(tǒng)的各種指令，并對相應(yīng)的指令做出即時的響應(yīng)。單片機系統(tǒng)接收來自數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的水表數(shù)據(jù)并進行加工數(shù)據(jù)。系統(tǒng)硬件電路的原理框圖如圖3-1所示。圖3-1硬件設(shè)計原理圖單片機單片機的選取單片機是實現(xiàn)大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計的核心元器件，該器件負責接收采集到的計量脈沖，并對接收到的脈沖信號進行分析加工處理并進行存儲，同時要實現(xiàn)上傳等工作[8]。單片機的選擇要同時可以滿足上述所有功能要求，除此以外，還應(yīng)在以下幾個方面進行考慮，選擇最為合適的單片機進行設(shè)計：(1)選擇自己較為熟悉的單片機系列，容易上手操作，所以決定在STC8，AVR[9]單片機，STM8三個系列中進行選擇。(2)選擇抗干擾性強的單片機能更好的適應(yīng)實際的工作環(huán)境，一般大口徑水表的工作環(huán)境會產(chǎn)生噪聲等，影響脈沖信號的傳輸。(3)選擇功能性強的單片機，同時考慮功耗問題，在滿足系統(tǒng)要求功能的前提下盡量降低功耗。(4)選擇知名度較高的單片機類型，不但可以保障質(zhì)量，并且貨源充足穩(wěn)定，相比之下，成本更低。除此之外得到的相關(guān)資料、技術(shù)支持更多。根據(jù)以上所有方面的綜合考慮，在滿足基本功能的前提條件下，盡可能達到低成本，低功耗，最終敲定選擇使用STC89C52RC芯片[10]。STC89C52RC的結(jié)構(gòu)STC89C52RC單片機是中國宏晶旗下的一款產(chǎn)品，它具有運行速度快、驅(qū)動功耗低、抗干擾能力強等優(yōu)點，他的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與MCS-51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同。STC89C52RC單片機的指令系統(tǒng)和引腳功能與MCS-51的完全兼容[11]。STC89C52RC單片機內(nèi)部軟硬件架構(gòu)框圖設(shè)計如圖3-2所示。圖3-2STC89C52RC單片機結(jié)構(gòu)STC89C52RC主要性能指標：1）8K字節(jié)可重擦寫2）1000次可擦寫周期3）全靜態(tài)操作:0Hz-24MH4）三級加密程序存儲器5）256*8字節(jié)內(nèi)部RAM6）32個可編程I/O口線7）3個16位定時/計數(shù)器8）8個中斷源9）可編程串行UART10）三種工作方式：低功耗模式，空閑模式，掉電模式11）Flash閃速存儲器STC89C52RC管腳展示STC89C52RC是一種八位的微控制器[7]，芯片管腳如圖3-3所示,采用了經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核。圖3-3STC89C52RC芯片管腳傳感器（干簧管）傳感器的選取本文所用的傳感器主要作用是將感受到的水流量，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于計量和傳輸信號的裝置，電信號容易被處理和傳輸，常用的傳感器類型有干簧管、光電傳感器、霍爾元件等。干簧管：我們完全可以把它看成是一種特殊的磁敏感性開關(guān),兩個由磁性材料焊接制成的觸點被緊緊密封在沒有空氣的真空玻璃管里。只要其中有一根極性磁鐵向這個干簧管靠近,干簧管的另外兩個電極連接點接合處便會分別產(chǎn)生兩個磁性相反的電極,從而直接引起兩個連接點由于吸引力而吸合在一起,電路也就導(dǎo)向貫通,因此，干簧管傳感器可以直接用來作脈沖計量傳感器。霍爾效應(yīng)傳感器：工作電壓的范圍寬、應(yīng)用多變靈活、采樣頻率高，可靠性較高。光電傳感器：光學通路把需要被測量的物理變化量轉(zhuǎn)化成光學信號變化量，然后再通過光電元器件將其轉(zhuǎn)換成最終的電信號。這種傳感器具有不接觸、測量參數(shù)精度高、反應(yīng)快等優(yōu)點，而且可以測量各種參數(shù)，形式多種多樣。干簧管作為一種特殊的磁敏式開關(guān)，比傳統(tǒng)的電子開關(guān)具有更強的抗負載沖擊能力，比一般傳統(tǒng)的機械式開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、可靠性高、體積小、運行速度快、使用壽命長。因此，本設(shè)計中選擇使用干簧管作為大口徑水表數(shù)據(jù)采集的傳感器，實現(xiàn)對用戶用水量從物理信號到脈沖電信號的轉(zhuǎn)變。干簧管的特點干簧管傳感器是一種脈沖式傳感器，在實際使用的過程中能夠較為有效地克服感應(yīng)點震動而導(dǎo)致信號被錯誤發(fā)出等弱點，具有傳輸信號更加準確、防磁能力強等突出優(yōu)點，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：1）干簧管傳感器是一種無源器件，沒有電源供電也可以輸出理想的方波信號，遠距離傳輸可達一公里；2）干簧管傳感器采用加層的不銹鋼外殼，起到了防磁作用，也能夠較為有效的防止用戶盜水現(xiàn)象的發(fā)生；3）干簧管傳感器通過一定的技術(shù)手段，使其在觸點吸合時的穩(wěn)定性在平衡狀態(tài)時得到了大大的提高，并且干簧管在平衡狀態(tài)時就有一定的能量強度，只要沒有較大的外部作用，干簧管的狀態(tài)就不會發(fā)生任何的改變，這種技術(shù)手段能夠較為有效的克服水錘等臨界感應(yīng)點因小范圍的震動而導(dǎo)致信號被錯誤發(fā)出等弱點，從而大大的提高了信號的傳輸準確性；4）干簧管傳感器可以實時監(jiān)察到用戶的用水狀態(tài)；5）干簧管傳感器為真空密封結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可防潮、防水；6）使用壽命長。干簧管結(jié)構(gòu)對用戶用水量的數(shù)據(jù)采集是通過雙干簧管傳感器實現(xiàn)的。本文設(shè)計采用MARR-5干簧管進行水表數(shù)據(jù)的采集，其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。MARR-5干簧管中有兩個簧片，簧片的一端是由磁性材料焊接制成的觸點，兩個觸點被緊緊密封在沒有空氣的真空玻璃管里且接點處不接觸，留有一定的空隙[12]。圖3-4干簧管結(jié)構(gòu)圖當有一種磁性物質(zhì)（磁鐵）靠近MARR-5干簧管時，接點處就會出現(xiàn)兩個極性相反的磁極。由磁極同性相斥異性相吸的工作原理可知，當磁力的吸引力不斷增大達到一定程度時，兩片簧片就會吸合在一起，干簧管開始進行脈沖計量。干簧管工作原理在用水管道中安裝一個可以自由旋轉(zhuǎn)的葉輪，當有用戶用水時，水流會推動葉輪的旋轉(zhuǎn)，用水量越大，水流的流動速度就會變得越快，同時葉輪被水流帶動的旋轉(zhuǎn)速度就會越高。在葉輪的軸向方向上方安裝一個計數(shù)的旋轉(zhuǎn)盤，葉輪的轉(zhuǎn)動帶動計數(shù)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，同時在轉(zhuǎn)盤上放置一片永磁鐵并加以固定，最后將兩個MARR-5干簧管安裝在裝有永磁鐵的轉(zhuǎn)盤上方，這就實現(xiàn)了將機械信號變成電信號的過程，用水量每到100升，干簧管的兩個接點順序吸合與斷開一次，這就實現(xiàn)了脈沖記數(shù)[13]。整個干簧管的工作過程示意圖如圖3-5所示。圖3-5干簧管工作結(jié)構(gòu)圖計量轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，其上放置的永磁鐵就會經(jīng)過一次MARR-5干簧管，干簧管中的兩個接點順序吸合與斷開一次，從而產(chǎn)生一個計量脈沖，將該脈沖信號傳輸?shù)絾纹瑱C中進行加工處理即可得出用戶的用水量。本文采用兩個MARR-5干簧管傳感器(見圖3-5)。當單片機檢測到A信號時，先記錄下來不作處理；當再檢測到B信號時，認為此次采集的數(shù)據(jù)有效，將產(chǎn)生的計量脈沖發(fā)送到單片機中進行分析處理并存儲。這種方式很大程度上克服了水錘現(xiàn)象、外界噪聲干擾等因素的影響，提高了大口徑水表數(shù)據(jù)采集的準確性。干簧管技術(shù)指標干簧管的各項技術(shù)指標如下：1）雙干簧管采樣1發(fā)一個脈沖；2）密封性：無泄露；3）工作電流：≤50mA；4）工作電壓：3.6V±0.5V。數(shù)據(jù)采集電路MARR-5干簧管可看做一個開關(guān)，該脈沖傳感器與單片機的接口電路如圖3-6所示。圖3-6脈沖采集電路該脈沖采集電路采用并聯(lián)一個小電容的方式，來消除干簧管吸合斷開時的機械抖動。開關(guān)K控制著P3.2引腳接收到何種類型的電平，當開關(guān)K閉合時，INT0引腳將會接收到低電平，當開關(guān)K斷開時，INT0引腳將會接收到高電平。MARR-5干簧管每吸合斷開一次就會輸出一個計量脈沖，而每輸出一個計量脈沖單片機接收到該計量脈沖后就會觸發(fā)外部中斷。當脈沖常數(shù)為100時，STC89C52RC單片機每觸發(fā)一次外部中斷則用戶累計用水量將會增加100。通信模塊在現(xiàn)階段，我國對于大口徑水表數(shù)據(jù)的遠程傳輸管理，主要趨勢是普遍采用諸如ZigBee、LoRa、5G等通信技術(shù)，這些無線通信技術(shù)手段普遍存在系統(tǒng)功耗大、成本高、難度系數(shù)大等一系列缺點，而采用NB-IoT技術(shù)可以在一定程度上有效的客服這一系列缺點，提高水司的工作效率。于此同時，國內(nèi)大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計的開發(fā)主要側(cè)重于對大口徑水表數(shù)據(jù)采集端的開發(fā)，缺少對采集到的數(shù)據(jù)的分析管理與遠傳的研發(fā)。因此，本文設(shè)計了基于NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)的大口徑水表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了對水表數(shù)據(jù)的自動采集，同時對數(shù)據(jù)進行管理、分析、遠傳。本文采用NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。數(shù)據(jù)的采集過程如下：數(shù)據(jù)采集器在采集到脈沖信號后,通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)將該計量脈沖傳輸?shù)組CU中，采集到的數(shù)據(jù)在單片機中進行分析處理并存儲，最后再通過無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將大口徑水表數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_上，供水企業(yè)進行統(tǒng)一的管理。通信技術(shù)的選取圖3-7為三種無線通信技術(shù)的技術(shù)性能指標的比較情況。圖3-7幾種無線通信技術(shù)性能比較通過幾種無線通信技術(shù)的各個性能的對比，本文研究采用了NB-loT技術(shù)作為通信模塊的核心技術(shù)。NB-IoT技術(shù)可以滿足大口徑水表數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)遠程傳輸要求，能夠有效解決在查抄水表過程中所遇到的各種難題。例如，在查抄水表的過程中如何讓采集到的信號能夠具有更強的穿透能力？這樣可以方便下一步對數(shù)據(jù)的分析與處理[10]。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)3GPP是電信協(xié)會的協(xié)作組，負責解決蜂窩技術(shù)的開發(fā)和維護問題。3GPP發(fā)布了多個版本（Phase1、Phase2、…Release13），提出并計劃蜂窩網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的增強和開發(fā)。3GPP第13版(Rel-13)解決了隨機接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)的進步，并引入了增強MTC和NB-IoT等新技術(shù)以支持蜂窩物聯(lián)網(wǎng)。NB-IoT其規(guī)范主要針對設(shè)備低成本、低功耗、遠距離和易于部署的目標，使其成為物聯(lián)網(wǎng)部署的合適候選者[11]。新技術(shù)的部署具有挑戰(zhàn)性，在大規(guī)模商業(yè)化之前需要解決、分析和解決一些復(fù)雜或意外的問題。盡管NB-IoT具有許多有用且有前途的特性，例如，20dB增強的鏈路預(yù)算、低部署成本以及與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（4G和GSM）的兼容性，但它容易受到網(wǎng)絡(luò)同步和時鐘偏移。NB-IoT的目標是實現(xiàn)低至5歐元的設(shè)備成本[14]。在設(shè)備中發(fā)現(xiàn)的時鐘振蕩器的質(zhì)量極大地影響了網(wǎng)絡(luò)中的同步問題。NB-IoT的性能特點NB-IoT的目標是支持低成本設(shè)備、設(shè)備電池壽命長、網(wǎng)絡(luò)的擴展覆蓋范圍和低部署成本以及延遲容忍服務(wù)和應(yīng)用。這些目標可以通過3GPP在第13版（Rel.13）中添加到LTE的幾個擴展和修改來實現(xiàn)。已經(jīng)有多項關(guān)于NB-IoT假設(shè)各種參數(shù)和系統(tǒng)部署的性能分析的研究[15]。（1）電池壽命長設(shè)備的電池壽命旨在達到10年甚至更長的最大覆蓋水平，最大耦合損耗(MCL)為164，電池容量為5瓦。研究表明，由于較長的eDRX和省電模式(PSM)，可以延長電池的使用壽命。eDRX允許UE休眠長達1000秒，同時定期喚醒以檢查尋呼，而在PSM中，UE處于斷電或休眠模式，已注冊但無法通過網(wǎng)絡(luò)訪問。（2）覆蓋范圍廣NB-IoT的目標是通過將靈敏度提高20dB來實現(xiàn)164dB的MCL，從而提高小區(qū)覆蓋范圍。多項研究的獨立和帶內(nèi)模式NB-IoT的鏈路預(yù)算表明，對于考慮使用Rel的信道，可以實現(xiàn)164dB的MCL特點。在帶內(nèi)部署中，LTE6和NB-IoT下載時eNodeB46dBm功率可用，其中35dBm用于NB-IoT（對應(yīng)于基線的6dB功率提升）。應(yīng)用層的下行和上行數(shù)據(jù)速率分別為0.40kbps和0.27kbps。（3）設(shè)備成本低設(shè)備成本的主要因素是網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。系統(tǒng)的復(fù)雜性隨著其性能的優(yōu)化而增加。3GPP最新版本Rel.12和Rel.13引入了更低復(fù)雜性和更簡單的設(shè)備類別來支持IoT和M2M。NB-IoT中170kbps(DL)和250kbps(UL)的較低數(shù)據(jù)速率、半雙工模式、180KHz帶寬、1天線UE特性大大降低了設(shè)備的復(fù)雜性和成本，并且可以生產(chǎn)低于5歐元的設(shè)備。此外，20/23dBm的低功率器件允許將功率放大器集成在單個芯片中并大規(guī)模生產(chǎn)，大大降低了器件成本。（4）容量大NB-IoT旨在連接大量設(shè)備，目標是在一個蜂窩站點內(nèi)支持近52000臺設(shè)備。研究表明，每個NB-IoT運營商的蜂窩站點扇區(qū)可以支持7250,000個設(shè)備，并且可以通過多個運營商支持更多設(shè)備。這些研究基于具有環(huán)繞干擾分配的19個站點、57個小區(qū)系統(tǒng)設(shè)置的傳統(tǒng)宏系統(tǒng)模擬。（5）延遲NB-IoT的目標是支持對延遲不敏感且可容忍長達10秒的延遲的服務(wù)。研究分析表明，9.9秒的延遲可以達到99.9%的置信度。假設(shè)延遲報告包括20字節(jié)的應(yīng)用報告、65字節(jié)的上層協(xié)議報頭和15字節(jié)的SNDCP/LLC/RLC/MAC/CRC開銷。（6）部署成本低現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)（LTE和GSM）的復(fù)用可以大大降低NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的部署成本。此外，在現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)上進行簡單的軟件升級，無需重新安裝硬件，將降低覆蓋比現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)更高的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的部署成本。LTE網(wǎng)絡(luò)和NB-IoT可以使用相同的硬件并共享頻譜，而不會因為部署模式不同（帶內(nèi)、保護帶和獨立）而遇到共存問題。NB-IoT工作模式NB-IoT占用了180kHz的數(shù)據(jù)頻譜和網(wǎng)絡(luò)帶寬，在工業(yè)實踐和實際應(yīng)用發(fā)展過程中，它可以采用三種不同的獨立部署解決方案，分別是帶內(nèi)部署、獨立部署和保護帶部署。不同的部署方式，信號源的抗干擾和抗衰減能力也必然是千差萬別的。NB-IoT的工作模式是采用半雙工模式，這種工作方式在很大程度上降低了功耗，功耗問題實在設(shè)計當中必須重點考慮的問題。通過對采集到的脈沖計量信號的檢驗，判斷基站與終端之間的水表數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。NB-IoT數(shù)據(jù)傳輸完成數(shù)據(jù)采集后，傳感器需要將采集到的水表數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PU中，再經(jīng)過CPU的分析加工和處理傳輸?shù)皆破脚_上。因為終端在同一時刻只能使用一個固定的載波進行數(shù)據(jù)傳輸，因此通過多次數(shù)據(jù)傳輸進行信號的檢測，這種多次傳輸?shù)姆绞接行У慕档退頂?shù)據(jù)傳輸?shù)腻e誤率，避免錯誤脈沖信號的傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，各個大口徑水表的地址也確定很重要（所在小區(qū)的位置），也就是小區(qū)搜索[16]。NB-IoT下行信道窄帶主同步信號(NPSS)用于執(zhí)行小區(qū)搜索，包括時間和頻率同步以及小區(qū)標識檢測。它使用子幀中的最后11個OFDM載波在每10毫秒幀中在子幀中傳輸。窄帶輔助同步信號(NSSS)它具有與NPSS類似的功能，例如小區(qū)標識組檢測，它在子幀中傳輸，也使用子幀中的最后1個OFDM符號，它具有20毫秒的周期。窄帶物理廣播信道(NBPBC)它攜帶主信息塊(MIB)，每10毫秒在子幀中傳輸。窄帶物理下行鏈路共享信道(NPDSCH)它攜帶來自高層的數(shù)據(jù)和尋呼消息、系統(tǒng)信息和RAR消息。NPDSCH的最大傳輸塊大小為680位。NPDSCH和NPDCCH被分配了各種子幀來承載信息。窄帶參考信號(NRS)用于為下行鏈路信道的解調(diào)提供參考。所有下行信道都使用LTE咬尾卷積碼（TBCC）來降低UE的復(fù)雜度。NB-IoT上行信道窄帶物理隨機接入信道(NPRACH)它是為NB-IoT全新設(shè)計的，因為傳統(tǒng)LTE使用1.08MHz的帶寬，高于NB-IoT的總帶寬，即180KHz。NPRACH的前導(dǎo)碼由4個符號組組成，每個符號組有一個CP和5個符號。CP長度根據(jù)格式0和格式1變化，對應(yīng)于10km小區(qū)半徑的66.67us和最多40km小區(qū)半徑的266.7us。NPRACH的波形稱為跳頻，為了支持覆蓋擴展，前導(dǎo)碼可以重復(fù)128次。窄帶物理上行共享信道(NPUSCH)它有兩種格式：格式1和格式2。前者用于承載上行數(shù)據(jù)，最大TB為1K比特。它支持傳統(tǒng)LTE那樣的多音傳輸，并且可以分配12、6或3個音調(diào)。后者用于發(fā)送NPDSCH的HARQ確認信號，并使用重復(fù)碼進行糾錯。NPUSCH支持基于15KHz和3.75KHz載波間隔的單音傳輸，它使用/2-BPSK或/4-QPSK，符號之間具有相位連續(xù)性，以降低PAPR。軟件設(shè)計軟件設(shè)計主要研究內(nèi)容包括通信協(xié)議設(shè)計（協(xié)議應(yīng)符合CJ/T188）；計量程序設(shè)計；通信程序設(shè)計和其它相關(guān)程序設(shè)計。執(zhí)行程序中主要是對系統(tǒng)的中斷進行一系列基本的初始化設(shè)置；而外部中斷服務(wù)子程序則是為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器與單片機的通信連接，使用中斷可以提高單片機的工作效率，方便進行下一步的水表數(shù)據(jù)的處理操作，中斷服務(wù)子程序包括串行口通信中斷與外部中斷0，其中，外部中斷0的優(yōu)先級高于與串行口通信中斷。開發(fā)軟件采用目前流行的KeilC5編譯器。數(shù)據(jù)采集端主要實現(xiàn)如下功能：采集大口徑水表的脈沖信號、數(shù)據(jù)采集端接收來自單片機的命令以及單片機命令做出及時響應(yīng)。對大口徑水表計量脈沖信號的采集通過觸發(fā)外部中斷事件的方式實現(xiàn)，將采集到的水表數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C中進行處理操作，依靠從站NB-IoT通訊模塊實現(xiàn)與主機的通信，每次接收與發(fā)送數(shù)據(jù)時均會觸發(fā)中斷事件。主程序設(shè)計大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計系統(tǒng)軟件采用KeilC5編譯器編譯生成，軟件要實現(xiàn)的主要功能如下：(1)STC89C52RC單片機接收來自干簧管產(chǎn)生的脈沖信號；(2)對采集到的水表數(shù)據(jù)在單片機中進行分析加工處理并存儲；（3）對加工處理的數(shù)據(jù)通過無線通信進行遠程傳輸。首先，進行初始化的設(shè)置(包括設(shè)置堆棧指針、設(shè)置定時器的工作方式與初值、設(shè)置串口的初始態(tài)和工作方式、設(shè)置8563的初始值、設(shè)置各種默認參數(shù)等等[17])，初始化完成后，CPU進入休眠狀態(tài)，當CPU接收到數(shù)據(jù)采集器采集到的脈沖信號后，觸發(fā)中斷被喚醒。整個軟件流程圖如圖4-1所示。圖4-1整個軟件設(shè)計流程圖初始化的軟件流程圖如圖4-2所示。圖4-2主程序軟件設(shè)計流程圖數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計MARR-5干簧管采用單計數(shù)脈沖輸入，2個0.1的電容用來消除雙干簧管接點吸合時產(chǎn)生的機械抖動。計數(shù)轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，永磁鐵經(jīng)過MARR-5干簧管一次，此時，干簧管會產(chǎn)生一個計量脈沖。雙干簧管工作原理的具體的程序流程如圖4-3所示。圖4-3雙干簧管工作流程圖當檢測到干簧管A的脈沖信號時并不直接開始計算，還要檢測干簧管B的脈沖信號。當干簧管B的脈沖信號也被檢測到的時候，認為此次計量脈沖有效，修改累積量，清除A標志，并進行記錄，與以前的檢測脈沖數(shù)求和，最后返回繼續(xù)從新檢測A、B脈沖信號。外部中斷服務(wù)程序設(shè)計MARR-5干簧管發(fā)送的脈沖信號由P3.2管腳接收，STC89C52RC單片機采用外部事件中斷的工作方式，保障了對計量脈沖信號的可靠采集。STC89C52單片機的外部中斷源有兩個，分別是INT0-由P3.2端口引入，低電平或下降沿引起。INT1-由P3.3端口引入，低電平或下降沿引起。這兩個外部中斷源標識和它們的觸發(fā)方式控制位由特殊功能寄存器TCON的低4位控制。把邊沿直接觸發(fā)的操作方式設(shè)置為外部中斷請求信號的觸發(fā)方式，當接收端的引腳發(fā)生從高電平向低電平的負跳變時，就會觸發(fā)外部中斷0，同時向CPU發(fā)送中斷指令，中斷0指令優(yōu)先級最高，CPU會先進行中斷指令的處理，在中斷服務(wù)子程序中將數(shù)據(jù)采集端新采集到的用水量進行存儲。中斷0服務(wù)程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4外部中斷0服務(wù)程序通信中斷服務(wù)程序設(shè)計STC89C52內(nèi)部中斷源有3個，分別是T0-定時器/計數(shù)器0中斷，由T0回零溢出引起。T1-定時器/計數(shù)器0中斷，由T1回零溢出引起。TI/RI-串口IO中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送或接收后引起。這3個內(nèi)部中斷源的控制位分別鎖存在特殊功能寄存器TCON和SCON中。串行口工作之前需要對相關(guān)寄存器進行配置，設(shè)定其工作模式：（1）設(shè)置T1的工作方式（編程TMOD的寄存器）；（2）計算T1的初始值，裝載TH1，TL1;（3）啟動T1(編程TCON中的TR1位)；（4）確定串行口控制（編程SCON寄存器）；（5）如需串行口在中斷方式工作時，要進行中斷設(shè)置編程IE寄存器。兩個16位定時器/計數(shù)器：定時器0（T0為P3.4）和定時器1（T1為P3.5）這里說的16位是指定時/計數(shù)器內(nèi)部分別有16位的計數(shù)寄存器。當工作在定時模式時，每經(jīng)過一個機器周期內(nèi)部的16位計數(shù)寄存器的值就會加1，當這個寄存器裝滿溢出時，我們可以計算出工作在定時模式時的最高單次定時時間為65535*1.085us=時間（單位us）當工作在計數(shù)器模式時，T0（P3.4引腳），T1（P3.5引腳）每來一個脈沖計數(shù)寄存器加1。數(shù)據(jù)采集端接受來自STC89C52單片機發(fā)送來的命令和上傳水表數(shù)據(jù)是，都是通過串行口來完成的[18]。波特率可由式（4）計算得出：方式1波特率=式（4）在實際應(yīng)用中，按照系統(tǒng)所要求的通信波特率，設(shè)置SMOD=0后，在計算出T1的時間常數(shù)。由式（4）可得出：式（5）本設(shè)計要求定時/計數(shù)器T1為工作方式2，設(shè)置晶振頻率fosc為11.0592MHz，此時的串行口波特率為9600bit/s，根據(jù)式（5）計算可以求出T1的時間常數(shù)。單片機與數(shù)據(jù)采集端之間的通信主要是對數(shù)據(jù)采集端進行各種讀寫操作，本文中單片機訪問數(shù)據(jù)采集端的命令主要有讀水表計量數(shù)據(jù)、讀水表地址以及寫水表數(shù)據(jù)初始值（底數(shù)），數(shù)據(jù)采集端接收到單片機發(fā)送的命令后會返回相關(guān)程序進行及時的響應(yīng)，數(shù)據(jù)采集端與單片機的通信程序流程如圖4-5所示。圖4-5采集器與上位機的通信程序流程圖通訊協(xié)議設(shè)計CJ/T188協(xié)議作為一種儀表的通信協(xié)議，與多功能電表協(xié)議類似，規(guī)定了計量儀表數(shù)據(jù)傳輸?shù)母黝悩藴?，包括接口的形式、通信?shù)據(jù)幀的格式、各類數(shù)據(jù)的表示內(nèi)容、數(shù)據(jù)通信鏈路的形式和每組數(shù)據(jù)表達的內(nèi)容，該協(xié)議經(jīng)常應(yīng)用于集中抄表系統(tǒng)中[19]。協(xié)議說明見后續(xù)各個小節(jié)：接口形式儀表的通訊接口應(yīng)符合圖4-6的規(guī)定，優(yōu)先采用圖4-6的接口形式。當采用其他接口時應(yīng)符合相關(guān)標準的規(guī)定。圖4-6儀表的通訊接口字節(jié)格式采用主從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式，每字節(jié)含8位二進制碼，在進行通信傳輸時，總共要發(fā)送11位，在需要被發(fā)送的八位數(shù)據(jù)的前面加上一個起始位(0)，后面首先加上一個偶校驗位(E)再加上一個停止位(1)。D0是字節(jié)的最低位,D7是字節(jié)的最高位。傳輸次序為從低位到高位依次傳輸，字節(jié)傳輸序列如下圖4-7所示。圖4-7字節(jié)傳輸序列幀格式傳輸數(shù)據(jù)幀應(yīng)符合規(guī)定，如圖4-8所示。圖4-8幀格式儀表類型及其代碼應(yīng)符合規(guī)定，如圖4-9所示。圖4-9儀表類型及其代碼說明地址域(A0~A6)由七個字節(jié)組成,每個字節(jié)為2位BCD碼格式。地址長度為14位十進制數(shù),地址由低到高進行從前到后進行排列?？刂拼a(C)圖4-10控制碼格式D7:0—由主站發(fā)出的控制幀;1—由從站發(fā)出的應(yīng)答幀。D6:0—通信正常;1—通信異常。D5~D0:00×000—保留;00×001—讀數(shù)據(jù);00×100—寫數(shù)據(jù);00×011—讀地址(表號);01×101—寫地址(表號);01×110—寫機電同步數(shù)(置表底數(shù));1*×***—廠商自定義。數(shù)據(jù)長度域(L)占用一個字節(jié),為數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù),用十六進制表示。數(shù)據(jù)域(DATA)包括數(shù)據(jù)標識、序列號和數(shù)據(jù),其結(jié)構(gòu)隨控制碼的功能改變。校驗碼(CS)為一個字節(jié),從幀起始符開始(包含幀起始符)到校驗碼之前的所有各字節(jié)進行二進制算術(shù)累加,不計超過FFH的溢出值。傳輸要求傳輸次序所有數(shù)據(jù)的傳輸均按由低字節(jié)到高字節(jié)依次傳輸?shù)姆绞?。傳輸響?yīng)每次請求發(fā)生通信時，先由主站發(fā)出命令幀，被選擇與主站進行通信的從站根據(jù)命令幀的指令做出及時響應(yīng)。主站請求進行通信不同響應(yīng)結(jié)果的時序見圖4-11、圖4-12和圖4-13。二進制位傳送時間Tbit=1/波特率(s);字節(jié)傳送時間Tbyte=11Tbit;延遲時間Td=1Tbyte;幀傳輸時間Tframe=幀字節(jié)數(shù)×(Tbyte+Tb);最長響應(yīng)時間Tr=500ms+30×Tbyte;線路空閑時間Tli=30ms;實際幀傳輸時間Tfba=實際幀字節(jié)長度×(Tbyte+Tb);字節(jié)間的停頓時間Tb≤1Tbyte;重復(fù)通信次數(shù)I≤3。圖4-11主站請求成功時序圖圖4-12主站請求無應(yīng)答失敗時序圖圖4-13主站請求應(yīng)答錯誤失敗時序圖命令舉例關(guān)于本設(shè)計的通信功能有以下基本要求：首先，可將干簧管傳感器產(chǎn)生的脈沖計量信號作為水表數(shù)據(jù)被準確讀出；其次，用戶使用的水表地址可隨時被準確讀出。因此本設(shè)計的基本通信指令總共有三個，分別是讀計量脈沖、寫水表數(shù)據(jù)與讀水表地址，對于其它發(fā)送錯誤格式的指令均不做響應(yīng)[20]。主站請求操作的報文格式如下圖4-14所示。圖4-14主站請求操作報文格式圖4-15從站正常應(yīng)答報文格式讀計量響應(yīng)（1）主站請求讀對地址為00000130721608的水表計量數(shù)據(jù)的指令如下：FEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFE6810081672300100000103901F011B16（2）主站請求讀水表地址的指令如下：FEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFE6810（水表地址）0303810A01B016，對單個模塊進行讀水表地址的操作。（3）主站請求對地址為00000140802509的水表寫入初值236.65m3指令如下：FEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFEFE6810092580400100001608A01601653602002C5716指令說明：指令中2C表示單位為立方米關(guān)鍵程序代碼展示STC89C52RC單片機之間串行通信代碼（1）發(fā)送端：#include<reg52.h>unsignedcharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90};//0-9sbitk1=P3^2; //定義按鍵voiddelay(unsignedintm) //延時函數(shù){ unsignedinti,j; for(i=0;i<m;i++) { for(j=0;j<100;j++); }}voidmain(){ unsignedcharn=0; TMOD=0x20; SCON=0x50; TH1=0xfd; //波特率9600 TL1=TH1; TR1=1; //啟動定時器1 while(1) { if(RI) { P0=SBUF; RI=0; } if(k1==0) { delay(100); if(k1==1) //按鍵按下有效 { SBUF=table[n]; while(!TI); TI=0; if(n==9) n=0; else n++; } } }}（2）接收端：#include<reg52.h>unsignedcharcodeTABLE[16]={ 0x01,0x02,0x03,0x04, 0x05,0x06,0x07,0x08, 0x09,0x0a,0x0b,0x0c, 0x0d,0x0e,0x0f,0x00};unsignedinti=0;sbitK1=P3^2;sbitLED=P2^4;voiddelay(unsignedintm) //延時函數(shù){ unsignedinti,j; for(i=0;i<m;i++) { for(j=0;j<100;j++); }}voidmain(){ TMOD=0x20; SCON=0x50; //串口工作在方式3 TH1=0xFD; //波特率9600 TL1=TH1; TR1=1; //啟動定時器1 while(1) { if(RI) { LED=0; P0=SBUF; RI=0; } if(K1==0) { delay(100); if(K1==1) { SBUF=TABLE[i]; while(!TI); TI=0; if(i==16) i=0; else i++; } } }}結(jié)論我國供水行業(yè)對大口徑水表在管理方面上存在許許多多的問題，例如查抄水表的工作量大；采集到的水表數(shù)據(jù)匯總緩慢；水表出現(xiàn)故障時，自來水公司不能及時發(fā)現(xiàn)并派人維修；使用的傳統(tǒng)水表也容易產(chǎn)生偷水盜水現(xiàn)象的發(fā)生。高效管理大口徑水表對于自來水公司有著舉足輕重的作用。因此，我進行了大批量文獻的查閱，翻看了大量的國內(nèi)外相關(guān)文獻，最終敲定采用基于NB-IoT無線通信技術(shù)的大口徑水表數(shù)據(jù)采集技術(shù)是較為理想的解決方法。本文研發(fā)的基于NB-IoT無線通信網(wǎng)絡(luò)的大口徑水表的數(shù)據(jù)采集終端，主要包括硬件選擇和軟件設(shè)計兩部分。首先介紹了大口徑水表的國內(nèi)外使用研發(fā)現(xiàn)狀，明確了大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計研發(fā)的大致思路。完成了大口徑水表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的硬件選擇設(shè)計，其中包括傳感器、單片機、通信模塊等設(shè)計工作。完成了對水表數(shù)據(jù)遠程傳輸中基于NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)的傳輸協(xié)議的設(shè)計工作，較為詳細的分析了CJ/T188協(xié)議并完成了對其數(shù)據(jù)的收發(fā)程序的設(shè)計。設(shè)計并開發(fā)了大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計。本文關(guān)于大口徑水表數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計具有較強的實用性，通過不斷地技術(shù)完善，可廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)準確、實時，自動化的系統(tǒng)采集節(jié)省了人力，縮短了抄表周期，同時也提高了供水部門的經(jīng)濟效益和服務(wù)管理水平。展望未來，隨著5G技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，5G技術(shù)將慢慢廣泛應(yīng)用于中國智能水表產(chǎn)品行業(yè)的主要領(lǐng)域和方向，5G技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸快，流量支出費用的可控和智能終端維護及時等優(yōu)點，利用NB-IoT的技術(shù)優(yōu)勢再結(jié)合5G技術(shù)符合未來社會的發(fā)展，將有極大地可能應(yīng)用于水表行甚至其他領(lǐng)域的大規(guī)模商用，這種對新一代技術(shù)的完美結(jié)合也充分展示了中國對未來社會發(fā)展的要求。參考文獻包振虎,溫偉,邢增招,等.城市智慧水務(wù)管理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].四川水利，2021，42(2)：145-150.[2]張祥.基于GPRS技術(shù)的農(nóng)村用水遠程自動抄表系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].內(nèi)蒙古:內(nèi)蒙古科技大學,2015.DOI:10.7666/d.D665877.[3]吳慧玲,邵麗紅.一種基于Modbus協(xié)議的改進智能水表解決方案[J].現(xiàn)代計算機（專業(yè)版）,2014(24):63-66.DOI:10.3969/j.issn.1007-1423.2014.36.018.[4]酈紅英,王培永,林圳釔.大口徑水表性能及應(yīng)用的研究[J].城鎮(zhèn)供水,2017,(3).28-32,42.[5]佀金玲.無線遠傳大口徑水表的數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)[D].河北:河北科技大學,2013.DOI:10.7666/d.D468585.[6]陳薇.能耗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計與實現(xiàn)[D].陜西:西安科技大學,2016.[7]張協(xié)衍,王玲.大口徑水表數(shù)據(jù)采集通訊終端的研究和設(shè)計[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2010，19(5)；133-136,128.DOI:10.3969/j.issn.1003-3254.2010.05.031.[8]魏琳.單片機多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].通信電源技術(shù),2019,36(4):73-74.DOI：10.19399/ki.tpt.2019.04.032.[9]桑順,牛曉聰,趙媛媛.AVR單片機與51單片機的比較[J].企業(yè)技