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综合
NEC山梨MR和Renesas MCU智能水表方案
录入时间:2011-5-24 15:46:43

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。

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方案结构框图如下:

 

 

图2 Renesas(原NEC)水表方案结构框图

 

 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。

Ø      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。

Ø      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

Ø      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

Ø      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

Ø      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振荡器,可以轻松实现阶梯复费率水费。

Ø      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:

Ø         高灵敏度,高精度——灵敏度的一致性最高可达6高斯以内。

Ø         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。

Ø         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.

Ø         低成本。

Ø         小型封装。

与各种不同的感应器件比较:

 

磁传感器(MR SENSOR)

干簧管

机械开关

尺寸

小型封装

较长

较长

封装

SMT

分立式(SMT)

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脉冲

磁滞作用保证信号的稳定性

可能受震动影响

可能受震动影响

可靠性

无使用限制

过多的接触可能导致失效

过多的接触可能导致失效

寿命

半永久

几百万次或者几年

几百万次

碰撞影响

防碰撞能力强

碰撞容易损坏

不接触的可能性

灵敏度

狭窄的灵敏度分布

灵敏度不同,取决于玻璃管尺寸

_

磁体

标准尺寸磁体,灵敏度高

灵敏度不稳定,需要大尺寸的磁体

接触开关,不需要磁体

误动作

安装不正确可能导致失效

磁场残留可能导致无法关断

接触开关沾染灰尘可能导致无法关断

安装空间

更小的安装空间

大安装空间

_

 

表1 感应器件比较表

磁传感器适用于速度型水表,可分为旋翼式和螺翼式,磁场分布不同,有相应的磁传感器。

案例1:水平方向检测

图3 水平式磁感应原理

案例2:垂直方向检测

图4 垂直式磁感应原理

NEC山梨MR和Renesas MCU水表方案的功能和特性:

²        瞬间流量表示

²        漏水检测报警功能

²        过大流量检测报警功能

²        逆流检测

²        零流量检测

NEC山梨授权代理商世强电讯将针对该方案提供性能优良的产品及技术支持,欢迎直接致电世强电讯


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