基於MCU的智能水錶工作原理及應用

2020-11-23 電子產品世界

　　引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201611/340224.htm

　　水錶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裡，英法日德等國家的水錶一直佔據著中國水錶行業。隨著城市供水事業的發展，中國的水錶工業也相應地發展起來，從20世紀90年代開始，各種智能型水錶、水錶抄表系統等產品也開始興起。

　　儘管，目前國內的水錶市場仍然以機械錶為主，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。

　　水錶的電源一般由水錶自行供給，這就對水錶的功耗提出了苛刻的要求。國際規定，智能水錶的靜態電流應該小於30μA，實際中水錶廠商都把該指標控制在10μA以內(使用幹簧管傳感器時)，保證工作時間大於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，成為水錶微控制器的優質選擇。

　　1 NEC山梨MR和Renesas MCU水錶方案

　　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。如圖1所示

　　

 

　　方案結構框圖如下：

　　

 

　　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，採用原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

　　最大可實現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

　　採集流量傳感器信號並精確計算出流量

　　●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，並且可以通過寄存器去控制內部振蕩電路的快慢。對於不需要實時時鐘的水錶，可以節約成本，加快軟體開發進度。如果需要使用RTC，則需要外接32.768kHz的振蕩器，可以輕鬆實現階梯復費率水費。

　　●功耗

　　78K0/Lx3低於1μA的靜態功耗可以有效延長電池使用壽命，而且有利於提高系統的穩定性和抗幹擾性。1.8V～5.5V的工作電壓可以最大限度的使用電池能量。內置的16級LVI模塊更是免去了客戶的後顧之憂，隨時監測電池電壓，一旦發現電池電壓下降過限，就立即通知用戶並存儲關鍵數據。NEC電子水錶方案是卡表方案，支持多種讀寫卡，通過卡座使用IIC協議與微控制器通訊。微控制器採用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。

　　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——靈敏度的一致性最高可達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，工作在脈衝模式下，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：

　　表1 感應器件比較表

　　

 

　　4 NEC山梨MR傳感器在水錶中的應用方案

　　磁傳感器適用於速度型水錶，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

　　

 

　　圖3 水平式磁感應原理

　　案例2：垂直方向檢測

　　

 

　　圖4 垂直式磁感應原理

　　5 NEC山梨MR和Renesas MCU水錶方案的功能和特性

　　·瞬間流量表示

　　·漏水檢測報警功能

　　·過大流量檢測報警功能

　　·逆流檢測

　　·零流量檢測

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