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北京百萬電子科技中心

智能水表方案工作原理及應用

時間:2011-5-24閱讀:3771
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水表的發展已有近二百年的歷史,在開始階段相當長的一段時間里,英法日德等國家的水表一直占據著中國水表行業。隨著城市供水事業的發展,中國的水表工業也相應地發展起來,從20世紀90年代開始,各種智能型水表、水表抄表系統等產品也開始興起。

盡管,目前國內的水表市場仍然以機械表為主,但是從發展角度來看,智能化是一種必然的趨勢,可以節省人工,提高抄表的準確度,更可以實現階梯化收費,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,這就對水表的功耗提出了苛刻的要求。規定,智能水表的靜態電流應該小于30μA,實際中水表廠商都把該指標控制在10μA以內(使用干簧管 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、高性能等優勢,成為水表微控制器的選擇。

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,由磁場感應器(MR Sensor)感知出葉輪的旋轉。磁場感應器(MR Sensor)把磁場信號轉變成電信號,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對外部輸出。

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方案結構框圖如下:

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Renesas(原NEC)水表方案結構框圖

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內核,有48Pin~80Pin的多種封裝,內置4Com/8Com模式的LCD驅動,可以驅動的LCD段數高達288段。

●LCD驅動器

zui大可實現36*8段位控制,共有6種顯示模式供選擇,內/外部分組電壓。

●CSI通訊模塊1~2

可與IC卡接收器、短距離無線收發器、超聲波流量傳感器進行通訊

●豐富的比較/觸發定時器

采集流量傳感器信號并計算出流量

●EEPROM模擬功能

通過flash的數據燒寫及特殊的管理方式代替EEPROM對重要數據進行存儲

●振蕩電路

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

●功耗

78K0/Lx3低于1μA的靜態功耗可以有效延長電池使用壽命,而且有利于提高系統的穩定性和抗干擾性。1.8V~5.5V的工作電壓可以zui大限度的使用電池能量。內置的16級LVI模塊更是免去了客戶的后顧之憂,隨時監測電池電壓,一旦發現電池電壓下降過限,就立即通知用戶并存儲關鍵數據。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,通過各種節電措施,整機達到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原理,把強磁性金屬合金薄膜蒸鍍在了IC電路上的磁開關器件。其特點為:

●高靈敏度,高精度——靈敏度的一致性zui高可達6高斯以內。
●高可靠性——內藏溫度保護電路,大幅提升了溫度特性的穩定性。
●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。

與各種不同的感應器件比較:
 

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NEC山梨MR傳感器在水表中的應用方案

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,有相應的磁傳感器。

案例1:水平方向檢測

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圖3 水平式磁感應原理

案例2:垂直方向檢測

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案例2:垂直方向檢測

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