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基于NEC電子78K0/Lx3微控制器的智能水表方案 國內的水表市場目前仍以機械表為主，但是從發展趨勢看來，智能水表的比例會越來越多。和傳統機械表相比，智能水表可以節約很多人工，同時提高抄表的準確性，可以實現階梯化收費，更有效的利用有限的水資源。 為了節約成本，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。按照國標規定，智能水表的靜態電流應該小于30μA，實際中水表廠商都把該指標控制在10μA以內（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。并且內部集成有很多實用模塊，比如RTC、LCD驅動、LVI檢測及10位/16位AD轉換器等，可以很方便地幫助客戶快速構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。Lx3微控制器內置高精度8MHz振蕩電路，并且可以通過寄存器去控制內部振蕩電路的快慢。對于不需要實時時鐘的水表，可以節約成本，加快軟件開發進度。如果需要使用RTC，則需要外接32.768kHz的振蕩器，可以輕松實現階梯復費率水費。 通訊方面，Lx3內置有3路串行接口，并且內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的靜態功耗可以有效延長電池使用壽命，而且有利于提高系統的穩定性和抗干擾性。1.8V～5.5V的工作電壓可以最大限度的使用電池能量。內置的16級LVI模塊更是免去了客戶的后顧之憂，隨時監測電池電壓，一旦發現電池電壓下降過限，就立即通知用戶并存儲關鍵數據。 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，可以在微控制器內置的Flash存儲器上存儲數據，節省EEPROM芯片費用。功耗方面，通過各種節電措施，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立方米寫入一次數據。 (2)LCD顯示功能：顯示錯誤信息、報警水量、剩余水量、透支水量等多項數據。 (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繼續用水。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 數據存儲功能：本方案的數據存儲有兩種方式，一種是使用EEPROM來存儲數據，另外一種是在NEC電子的Flash存儲器上可以實現EEPROM模擬功能，在NEC電子的微控制器內置的Flash存儲器中存儲數據，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Flash存儲器的EEPROM模擬功能。 節電功能：將EEPROM和卡座的供電電源關閉，使其處于睡眠狀態。NEC電子78K0/Lx3的LCD內部分壓電阻阻值為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。 電池能力監測：使用內部的LVI模塊監測電池電壓，電壓不足時及時報警，并關閉閥門，LCD上提示更換電池。 軟件結構 本系統軟件由主程序和中斷處理程序組成。主程序主要完成系統初始化的功能，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。 總結與展望 NEC電子的水表方案在自編程EEPROM模擬方面，經過測試，可以滿足水表用戶數據存儲的需求。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已經是必需模塊。 內置的曼徹斯特編碼器和遙控接收器，有助于設計開發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。 文章來源：http://www.originic.hk/Item/Show.asp?m=1&d=1285 |
