吳辰彧 ，世強(qiáng)電訊技術(shù)中心
水表的發(fā)展已有近二百年的歷史，在開始階段相當(dāng)長的一段時(shí)間里，英法日德等國家的水表一直占據(jù)著中國水表行業(yè)。隨著城市供水事業(yè)的發(fā)展，中國的水表工業(yè)也相應(yīng)地發(fā)展起來，從20世紀(jì)90年代開始，各種智能型水表、水表抄表系統(tǒng)等產(chǎn)品也開始興起。
盡管，目前國內(nèi)的水表市場仍然以機(jī)械表為主，但是從發(fā)展角度來看，智能化是一種必然的趨勢，可以節(jié)省人工，提高抄表的準(zhǔn)確度，更可以實(shí)現(xiàn)階梯化收費(fèi)，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。國際規(guī)定，智能水表的靜態(tài)電流應(yīng)該小于30μA，實(shí)際中水表廠商都把該指標(biāo)控制在10μA以內(nèi)（使用干簧管傳感器時(shí)），保證工作時(shí)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(yōu)勢，成為水表微控制器的優(yōu)質(zhì)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(yīng)器(MR Sensor)感知出葉輪的旋轉(zhuǎn)。磁場感應(yīng)器(MR Sensor)把磁場信號轉(zhuǎn)變成電信號，再由單片機(jī)進(jìn)行計(jì)量的加法或減法運(yùn)算，運(yùn)算值由液晶顯示或?qū)ν獠枯敵觥?/p>
圖1
方案結(jié)構(gòu)框圖如下：
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(nèi)核，有48Pin～80Pin的多種封裝，內(nèi)置4Com/8Com模式的LCD驅(qū)動(dòng)，可以驅(qū)動(dòng)的LCD段數(shù)高達(dá)288段。
? LCD 驅(qū)動(dòng)器
最大可實(shí)現(xiàn)36*8段位控制，共有6種顯示模式供選擇，內(nèi)/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(fā)器、超聲波流量傳感器進(jìn)行通訊
? 豐富的比較/觸發(fā)定時(shí)器
采集流量傳感器信號并精確計(jì)算出流量
? EEPROM模擬功能
通過flash的數(shù)據(jù)燒寫及特殊的管理方式代替EEPROM對重要數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)
? 振蕩電路
78K0/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(shí)時(shí)時(shí)鐘的水表，可以節(jié)約成本，加快軟件開發(fā)進(jìn)度。如果需要使用RTC，則需要外接32.768kHz的振蕩器，可以輕松實(shí)現(xiàn)階梯復(fù)費(fèi)率水費(fèi)。
? 功耗
78K0/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(shí)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(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。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。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(jié)電措施，整機(jī)達(dá)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(yīng)原理，把強(qiáng)磁性金屬合金薄膜蒸鍍在了IC電路上的磁開關(guān)器件。其特點(diǎn)為：
? 高靈敏度，高精度——靈敏度的一致性最高可達(dá)6高斯以內(nèi)。
? 高可靠性——內(nèi)藏溫度保護(hù)電路，大幅提升了溫度特性的穩(wěn)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(yīng)器件比較：
磁傳感器（MR SENSOR）干簧管機(jī)械開關(guān)尺寸小型封裝較長較長封裝SMT分立式（SMT）_脈沖磁滯作用保證信號的穩(wěn)定性可能受震動(dòng)影響可能受震動(dòng)影響可靠性無使用限制過多的接觸可能導(dǎo)致失效過多的接觸可能導(dǎo)致失效壽命半永久幾百萬次或者幾年幾百萬次碰撞影響防碰撞能力強(qiáng)碰撞容易損壞不接觸的可能性靈敏度狹窄的靈敏度分布靈敏度不同，取決于玻璃管尺寸_磁體標(biāo)準(zhǔn)尺寸磁體，靈敏度高靈敏度不穩(wěn)定，需要大尺寸的磁體接觸開關(guān)，不需要磁體誤動(dòng)作安裝不正確可能導(dǎo)致失效磁場殘留可能導(dǎo)致無法關(guān)斷接觸開關(guān)沾染灰塵可能導(dǎo)致無法關(guān)斷安裝空間更小的安裝空間大安裝空間_
表1 感應(yīng)器件比較表
NEC山梨MR傳感器在水表中的應(yīng)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(yīng)的磁傳感器。
案例1：水平方向檢測
圖3 水平式磁感應(yīng)原理
案例2：垂直方向檢測
圖4 垂直式磁感應(yīng)原理
NEC山梨MR和Renesas MCU水表方案的功能和特性：
2 瞬間流量表示
2 漏水檢測報(bào)警功能
2 過大流量檢測報(bào)警功能
2 逆流檢測
2 零流量檢測
NEC山梨授權(quán)代理商世強(qiáng)電訊將針對該方案提供性能優(yōu)良的產(chǎn)品及技術(shù)支持，歡迎直接致電世強(qiáng)電訊。
