NEC山梨MR和Renesas MCU智能水表方案

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水表的发展已有近二百年的历史,在开始阶段相当长的一段时间里,英法日德等国家的水表一直占据着中国水表行业。随着城市供水事业的发展,中国的水表工业也相应地发展起来,从20世纪90年代开始,各种智能型水表、水表抄表系统等产品也开始兴起。

尽管,目前国内的水表市场仍然以机械表为主,但是从发展角度来看,智能化是一种必然的趋势,可以节省人工,提高抄表的准确度,更可以实现阶梯化收费,有效的利用有限的水资源。

水表的电源一般由水表自行供给,这就对水表的功耗提出了苛刻的要求。国际规定,智能水表的静态电流应该小于30μA,实际中水表厂商都把该指标控制在10μA以内(使用干簧管传感器时),保证工作时间大于6年以上才算合格。NEC带LCD控制功能的8位微控制器以其低功耗、高性能等优势,成为水表微控制器的优质选择。
NEC山梨MR和Renesas MCU水表方案:

该方案的工作原理为:在叶轮上装上磁铁,由磁场感应器(MR Sensor)感知出叶轮的旋转。磁场感应器(MR Sensor)把磁场信号转变成电信号,再由单片机进行计量的加法或减法运算,运算值由液晶显示或对外部输出。

方案结构框图如下:

图2 Renesas(原NEC)水表方案结构框图

Renesas MCU——78K0/Lx3微控制器介绍
Renesas电子78K0/Lx3微控制器是高性能8位通用微控制器,采用原NEC电子的78K0内核,有48Pin~80Pin的多种封装,内置4Com/8Com模式的LCD驱动,可以驱动的LCD段数高达288段。
 LCD 驱动器
最大可实现36*8段位控制,共有6种显示模式供选择,内/外部分组电压。
 CSI通讯模块1~2
可与IC卡接收器、短距离无线收发器、超声波流量传感器进行通讯
 丰富的比较/触发定时器
采集流量传感器信号并精确计算出流量
 EEPROM模拟功能
通过flash的数据烧写及特殊的管理方式代替EEPROM对重要数据进行存储
 振荡电路
78K0/Lx3微控制器内置高精度8MHz振荡电路,并且可以通过寄存器去控制内部振荡电路的快慢。对于不需要实时时钟的水表,可以节约成本,加快软件开发进度。如果需要使用RTC,则需要外接32.768kHz的振荡器,可以轻松实现阶梯复费率水费。
 功耗
78K0/Lx3低于1μA的静态功耗可以有效延长电池使用寿命,而且有利于提高系统的稳定性和抗干扰性。1.8V~5.5V的工作电压可以最大限度的使用电池能量。内置的16级LVI模块更是免去了客户的后顾之忧,随时监测电池电压,一旦发现电池电压下降过限,就立即通知用户并存储关键数据。NEC电子水表方案是卡表方案,支持多种读写卡,通过卡座使用IIC协议与微控制器通讯。微控制器采用78K0/Lx3,带LCD显示控制功能,在功耗方面,通过各种节电措施,整机达到3.8μA的超低功耗。
NEC山梨MR传感器
NEC山梨的MR磁传感器是一种利用磁电阻反应原理,把强磁性金属合金薄膜蒸镀在了IC电路上的磁开关器件。其特点为:
 高灵敏度,高精度——灵敏度的一致性最高可达6高斯以内。
 高可靠性——内藏温度保护电路,大幅提升了温度特性的稳定性。
 低功耗——工作电流1.5mA,工作在脉冲模式下,平均功耗可降到0.45uA.
 低成本。
 小型封装。
与各种不同的感应器件比较:

表1 感应器件比较表

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