无线通讯涡轮流量计的组成结构

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1、硬件总体设计

无线涡轮流量计主体采用单片机作为处理和控制核心，连接脉冲信号处理电路、RS-232通信、存储器、无线通信模块、继电器驱动电路和液晶显示屏。ARM单片机通过处理涡轮传感器输出的脉冲信号计算出瞬时流量和累积流量，并发送到显示屏和无线通信模块，利用无线通信模块将数据上传到服务器。存储元件选择EEPROM和FLASH，EEPROM用于保存设置的参数，FLASH用于存储一段时间内涡轮流量计状态数据和流量数据。继电器驱动电路用于驱动继电器，从而控制电机实现阀门的开关。RS-232则用于该系统的调试。

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2、单片机的选择

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系统选用低功耗高性能的 stm32f103cbt6 单片机作为处理核心。stm32f103cbt6 包含128K字节的可重擦写闪存、20K字节的内部SRAM、32个通用I/O口、3个16位通用定时/计数器、2个12位ADC、3个US-ART接口、2个SPI接口。设计中用使用1个定时器/计数器计算累积流量，1个ADC通道计算瞬时流量，2个USART接口分别用于RS-232 通信以及与4G模块的通信，1个SPI接口用于给显示屏发送数据，还使用了若干通用I/O口控制4G模块的开关机等。

3、电源电路

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整个硬件电路需要提供5V、3.3V、3.8V电压，分别供给继电器驱动电路、ARM单片机和液晶显示屏、4G通信模块。4G模块的功耗较大，电流峰值最大为2A，而其他电路所需供电电流只有几十毫安，所以设计供电电流为2.5A。硬件电路采用9～30V外部供电和锂电池供电两种供电方式，先将电压转换成5V，然后利用不同的LDO芯片，将电压分别转换成3.3V 和3.8V。

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4、脉冲信号处理电路

涡轮传感器输出的脉冲信号不能被立即使用，需要经过滤波、放大、限幅、整型等处理。脉冲信号处理电路，其中接头CH1连接涡轮传感器的信号线与地线，Sensor-Pluse 端连接ARM单片机的定时器。脉冲信号首先要滤波处理，这里直接使用0.01μF的电容滤波; 然后采用轨对轨运放将信号最大放大到500倍，使脉冲信号高电平被限制在运放的输出电压;最后经过比较器整形后得到高电平为3.3V、低电平为0V的矩形脉冲信号。开启定时器输入捕获模式，ARM单片机就能捕获每一个脉冲，再利用周期法测量脉冲的频率。

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5、无线通信设计

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无线通信模块选用移远公司的EC200T-CN模块。该模块包含了三大运营商的七种网络制式，可根据网络情况随时切换成2G、3G、4G网络。模块与控制器采用高速UART或USB2.0通信，具有SIM卡自动检测、低功耗等特点。在开启ARM单片机之后才能启动4G通信模块，通过ARM单片机IO口控制4G通信模块是否供电、开关机、复位等。ARM单片机与4G通信模块通过UART通信，但是由于ARM单片机系统电压为3.3V，EC200T-CN模块系统电压为3.8V，需要电平转换芯片进行转换。

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EC200T-CN模块预留了一些IO口，配合相应的外围电路即可实现读取SIM卡信息、控制LED灯、连接射频天线、USB通信。SIM卡信息用于网络连接;LED灯用于判断网络运行状态; 射频天线用于实现接收和发送数据(射频天线与硬件电路要求阻抗匹配);为便于EC200T-CN模块的固件升级，预留了USB接口。

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