水表的發(fā)展已有近二百年的歷史，在開(kāi)始階段相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，英法日德等國(guó)家的水表一直占據(jù)著中國(guó)水表行業(yè)。隨著城市供水事業(yè)的發(fā)展，中國(guó)的水表工業(yè)也相應(yīng)地發(fā)展起來(lái)，從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，各種智能型水表、水表抄表系統(tǒng)等產(chǎn)品也開(kāi)始興起。
盡管，目前國(guó)內(nèi)的水表市場(chǎng)仍然以機(jī)械表為主，但是從發(fā)展角度來(lái)看，智能化是一種必然的趨勢(shì)，可以節(jié)省人工，提高抄表的準(zhǔn)確度，更可以實(shí)現(xiàn)階梯化收費(fèi)，有效的利用有限的水資源。
水表的電源一般由水表自行供給，這就對(duì)水表的功耗提出了苛刻的要求。國(guó)際規(guī)定，智能水表的靜態(tài)電流應(yīng)該小于30μA，實(shí)際中水表廠商都把該指標(biāo)控制在10μA以內(nèi)（使用干簧管傳感器時(shí)），保證工作時(shí)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(shì)，成為水表微控制器的優(yōu)質(zhì)選擇。
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(chǎng)感應(yīng)器(MR Sensor)感知出葉輪的旋轉(zhuǎn)。磁場(chǎng)感應(yīng)器(MR Sensor)把磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再由單片機(jī)進(jìn)行計(jì)量的加法或減法運(yùn)算，運(yùn)算值由液晶顯示或?qū)ν獠枯敵觥?br />
圖1
方案結(jié)構(gòu)框圖如下：
圖2 Renesas（原NEC）水表方案結(jié)構(gòu)框圖
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(dòng)，可以驅(qū)動(dòng)的LCD段數(shù)高達(dá)288段。
LCD 驅(qū)動(dòng)器
最大可實(shí)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(wú)線收發(fā)器、超聲波流量傳感器進(jìn)行通訊
豐富的比較/觸發(fā)定時(shí)器
采集流量傳感器信號(hào)并精確計(jì)算出流量
EEPROM模擬功能
通過(guò)flash的數(shù)據(jù)燒寫及特殊的管理方式代替EEPROM對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)
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(guò)寄存器去控制內(nèi)部振蕩電路的快慢。對(duì)于不需要實(shí)時(shí)時(shí)鐘的水表，可以節(jié)約成本，加快軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)度。如果需要使用RTC，則需要外接32.768kHz的振蕩器，可以輕松實(shí)現(xiàn)階梯復(fù)費(fèi)率水費(fèi)。
功耗
78K0/Lx3低于1μA的靜態(tài)功耗可以有效延長(zhǎng)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(jí)LVI模塊更是免去了客戶的后顧之憂，隨時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓，一旦發(fā)現(xiàn)電池電壓下降過(guò)限，就立即通知用戶并存儲(chǔ)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(guò)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(guò)各種節(jié)電措施，整機(jī)達(dá)到3.8μA的超低功耗。
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(qiáng)磁性金屬合金薄膜蒸鍍?cè)诹薎C電路上的磁開(kāi)關(guān)器件。其特點(diǎn)為：
高靈敏度，高精度——靈敏度的一致性最高可達(dá)6高斯以內(nèi)。
高可靠性——內(nèi)藏溫度保護(hù)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。
與各種不同的感應(yīng)器件比較：
表1 感應(yīng)器件比較表
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磁傳感器（MR SENSOR） |
干簧管 |
機(jī)械開(kāi)關(guān) |
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尺寸 |
小型封裝 |
較長(zhǎng) |
較長(zhǎng) |
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封裝 |
SMT |
分立式（SMT） |
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脈沖 |
磁滯作用保證信號(hào)的穩(wěn)定性 |
可能受震動(dòng)影響 |
可能受震動(dòng)影響 |
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可靠性 |
無(wú)使用限制 |
過(guò)多的接觸可能導(dǎo)致失效 |
過(guò)多的接觸可能導(dǎo)致失效 |
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壽命 |
半永久 |
幾百萬(wàn)次或者幾年 |
幾百萬(wàn)次 |
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碰撞影響 |
防碰撞能力強(qiáng) |
碰撞容易損壞 |
不接觸的可能性 |
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靈敏度 |
狹窄的靈敏度分布 |
靈敏度不同，取決于玻璃管尺寸 |
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磁體 |
標(biāo)準(zhǔn)尺寸磁體，靈敏度高 |
靈敏度不穩(wěn)定，需要大尺寸的磁體 |
接觸開(kāi)關(guān)，不需要磁體 |
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誤動(dòng)作 |
安裝不正確可能導(dǎo)致失效 |
磁場(chǎng)殘留可能導(dǎo)致無(wú)法關(guān)斷 |
接觸開(kāi)關(guān)沾染灰塵可能導(dǎo)致無(wú)法關(guān)斷 |
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安裝空間 |
更小的安裝空間 |
大安裝空間 |
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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(chǎng)分布不同，有相應(yīng)的磁傳感器。
案例1：水平方向檢測(cè)
圖3 水平式磁感應(yīng)原理
案例2：垂直方向檢測(cè)
圖4 垂直式磁感應(yīng)原理
NEC山梨MR和Renesas MCU水表方案的功能和特性：
瞬間流量表示
漏水檢測(cè)報(bào)警功能
過(guò)大流量檢測(cè)報(bào)警功能
逆流檢測(cè)
零流量檢測(cè)