《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于MCU的智能水表設(shè)計方案

2011-06-27

    水表的電源一般由水表自行供給,這就對水表的功耗提出了苛刻的要求。國際規(guī)定,智能水表的靜態(tài)電流應(yīng)該小于30μA,實際中水表廠商都把該指標控制在10μA以內(nèi)(使用干簧管傳感器時),保證工作時間大于6年以上才算合格。NEC帶LCD控制功能的8位微控制器以其低功耗、高性能等優(yōu)勢,成為水表微控制器的優(yōu)質(zhì)選擇。

  1 NEC山梨MR和Renesas MCU水表方案

  該方案的工作原理為:在葉輪上裝上磁鐵,由磁場感應(yīng)器(MR Sensor)感知出葉輪的旋轉(zhuǎn)。磁場感應(yīng)器(MR Sensor)把磁場信號轉(zhuǎn)變成電信號,再由單片機進行計量的加法或減法運算,運算值由液晶顯示或?qū)ν獠枯敵觥?/p>

  方案結(jié)構(gòu)框圖如下:
 

  2 Renesas MCU——78K0/Lx3微控制器介紹

  Renesas電子78K0/Lx3微控制器是高性能8位通用微控制器,采用原NEC電子的78K0內(nèi)核,有48Pin~80Pin的多種封裝,內(nèi)置4Com/8Com模式的LCD驅(qū)動,可以驅(qū)動的LCD段數(shù)高達288段。

  ●LCD驅(qū)動器 最大可實現(xiàn)36*8段位控制,共有6種顯示模式供選擇,內(nèi)/外部分組電壓。

  ●CSI通訊模塊1~2      可與IC卡接收器、短距離無線收發(fā)器、超聲波流量傳感器進行通訊

        ●豐富的比較/觸發(fā)定時器     采集流量傳感器信號并精確計算出流量

  ●EEPROM模擬功能          通過flash的數(shù)據(jù)燒寫及特殊的管理方式代替EEPROM對重要數(shù)據(jù)進行存儲

  ●振蕩電路            78K0/Lx3微控制器內(nèi)置高精度8MHz振蕩電路,并且可以通過寄存器去控制內(nèi)部振蕩電路的快慢。對于不需要實時時鐘的水表,可以節(jié)約成本,加快軟件開發(fā)進度。如果需要使用RTC,則需要外接32.768kHz的振蕩器,可以輕松實現(xiàn)階梯復(fù)費率水費。

          ●功耗           78K0/Lx3低于1μA的靜態(tài)功耗可以有效延長電池使用壽命,而且有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。1.8V~5.5V的工作電壓可以最大限度的使用電池能量。內(nèi)置的16級LVI模塊更是免去了客戶的后顧之憂,隨時監(jiān)測電池電壓,一旦發(fā)現(xiàn)電池電壓下降過限,就立即通知用戶并存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù)。NEC電子水表方案是卡表方案,支持多種讀寫卡,通過卡座使用IIC協(xié)議與微控制器通訊。微控制器采用78K0/Lx3,帶LCD顯示控制功能,在功耗方面,通過各種節(jié)電措施,整機達到3.8μA的超低功耗。

 

  3 NEC山梨MR傳感器

  NEC山梨的MR磁傳感器是一種利用磁電阻反應(yīng)原理,把強磁性金屬合金薄膜蒸鍍在了IC電路上的磁開關(guān)器件。其特點為:

     ●高靈敏度,高精度——靈敏度的一致性最高可達6高斯以內(nèi)。

  ●高可靠性——內(nèi)藏溫度保護電路,大幅提升了溫度特性的穩(wěn)定性。

  ●低功耗——工作電流1.5mA,工作在脈沖模式下,平均功耗可降到0.45uA.

  ●低成本。

  ●小型封裝。

  4 NEC山梨MR傳感器在水表中的應(yīng)用方案

  磁傳感器適用于速度型水表,可分為旋翼式和螺翼式,磁場分布不同,有相應(yīng)的磁傳感器。

  案例1:水平方向檢測

  圖3 水平式磁感應(yīng)原理

  案例2:垂直方向檢測

  圖4 垂直式磁感應(yīng)原理

 

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