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  國內(nèi)的水表市場目前仍以機械表為主,但是從發(fā)展趨勢看來,智能水表的比例會越來越多。和傳統(tǒng)機械表相比,智能水表可以節(jié)約很多人工,同時提高抄表的準確性,可以實現(xiàn)階梯化收費,更有效的利用有限的水資源。

  為了節(jié)約成本,采用總線方式的智能水表較少,電源一般由水表自行提供,這就對水表的功耗提出了近乎苛刻的要求。按照國標規(guī)定,智能水表的靜態(tài)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(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。

  在水表電路的微控制器中,NEC電子公司的78K0/Lx3系列以其卓越的功耗輕松滿足水表客戶的嚴格要求。并且內(nèi)部集成有很多實用模塊,比如RTC、LCD驅(qū)動、LVI檢測及10位/16位AD轉(zhuǎn)換器等,可以很方便地幫助客戶快速構(gòu)建高性價比的解決方案。

  78K0/Lx3微控制器介紹

  NEC電子78K0/Lx3微控制器是高性能8位通用微控制器,采用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。

  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)階梯復費率水費。

  通訊方面,Lx3內(nèi)置有3路串行接口,并且內(nèi)置有曼徹斯特編碼器和遙控接收器兩個硬件模塊,在遠傳及無線方面的多種選擇讓客戶輕松應對瞬息萬變的市場需求。

  功耗方面,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鍵數(shù)據(jù)。

  Lx3系列微控制器不但適用于測量表計,同樣也適合家用電器和數(shù)碼設備。

  NEC電子水表解決方案

  NEC電子水表方案采用NEC電子的78K0/Lx3微控制器,可以在微控制器內(nèi)置的Flash存儲器上存儲數(shù)據(jù),節(jié)省EEPROM芯片費用。

  功耗方面,通過各種節(jié)電措施,配合NEC電子低功耗的微控制器,在LCD常顯的情況下,整機達到3.8μA的超低功耗。智能水表方案見圖1。


  ● NEC電子水表方案的特點

  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。

  具有的基本功能如下。

  (1)基本計量功能:每0.1立方米寫入一次數(shù)據(jù)。

  (2)LCD顯示功能:顯示錯誤信息、報警水量、剩余水量、透支水量等多項數(shù)據(jù)。

  (3)購水管理功能:支持出廠預置、購水、停水、水量查詢、抄表等功能。

  (4)報警斷水功能:當剩余水量達到報警水量時,閥門會自動關閉,提示用戶購水。如果剩余水量為0,閥門關閉,但是重新插卡后,可以在預置透支水量范圍內(nèi)繼續(xù)用水。如果用戶透支的水量達到預置透支水量,則關閉閥門斷水。

  ● NEC電子水表的特殊功能

  數(shù)據(jù)存儲功能:本方案的數(shù)據(jù)存儲有兩種方式,一種是使用EEPROM來存儲數(shù)據(jù),另外一種是在NEC電子的Flash存儲器上可以實現(xiàn)EEPROM模擬功能,在NEC電子的微控制器內(nèi)置的Flash存儲器中存儲數(shù)據(jù),達到和EEPROM同樣的存儲效果。通過NEC電子提供的庫文件能夠方便實現(xiàn)Flash存儲器的EEPROM模擬功能。

  節(jié)電功能:將EEPROM和卡座的供電電源關閉,使其處于睡眠狀態(tài)。NEC電子78K0/Lx3的LCD內(nèi)部分壓電阻阻值為60K左右,為了進一步降低功耗,我們采用330K的外部分壓電阻。通過這些辦法,該水表方案在待機模式下,整機功耗保持在1.8μA。

  攻擊防止功能:能夠判斷是否被攻擊,如果處于受攻擊狀態(tài)則關閉閥門。軟件上有很多處理,可以有效防止對微控制器的干擾。

  透支水費計量:如果因為外部攻擊或機械故障等原因閥門無法正常關閉,在用水時仍然計量透支水費。

  自動除垢功能:每月自動開關閥門兩次,以防止長期不使用的電機故障。

  電池能力監(jiān)測:使用內(nèi)部的LVI模塊監(jiān)測電池電壓,電壓不足時及時報警,并關閉閥門,LCD上提示更換電池。

  軟件結(jié)構(gòu)

  本系統(tǒng)軟件由主程序和中斷處理程序組成。主程序主要完成系統(tǒng)初始化的功能,然后定時查詢各標志位,如果各標志位都為0,進入STOP待機模式。中斷處理程序包括LVI低電壓檢測中斷、水量脈沖測量中斷、卡檢測中斷,以及磁攻擊處理程序、LCD和看門狗處理程序。主程序流程見圖2。


  總結(jié)與展望

  NEC電子的水表方案在自編程EEPROM模擬方面,經(jīng)過測試,可以滿足水表用戶數(shù)據(jù)存儲的需求。在功耗方面,完全能夠滿足對低功耗的苛刻要求,為綠色環(huán)保做出貢獻。

  在本方案中暫時沒使用RTC模塊,但是從未來趨勢看,階梯式水費和管理部門對水資源消費統(tǒng)計方面的需求會越來越多,RTC的使用是大勢所趨。在國外市場,RTC已經(jīng)是必需模塊。

  內(nèi)置的曼徹斯特編碼器和遙控接收器,有助于設計開發(fā)人員在無線遠傳方面進行擴展,無線抄表技術可以有效減少抄表工作量,而且對最終用戶的影響降到最小。在本方案基礎上稍加擴展就可以完成無線水表的設計。

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