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TI超声波MCU为智能水表提供更高精度计量

关键词:TI超声波MCU智能水表 德州仪器 刁勇MSP430微控制器(MCU)

时间:2017-10-17 09:39:23       来源:中电网

水表作为测量水流量的仪表,有近二百多年的历史,目前全球约15亿个水表分布在千家万户,随着物联网、智慧城市的发展,水表智能化已成为发展趋势,预测全球智能水网络市场的营收将从2016年的26亿美元增长到2025年的72亿美元。据第三方调查报告,在美国已有超过80%的供应商投资或计划投资智能水基础设施,以提高运营效率并减少水损失,中国也正在加强对智能水表的利用。推动智能水表快速的发展根本原因是:长期以来,供水行业一直倍受产销差率太高所困扰,其中一项重要因素是由于水表测量或计量系统的不完整或精度不高所造成,有统计显示,基于此原因造成的供水损失高达30%。由此可见,水表更高精度的设计已成为当下迫切需待解决的问题。

近日德州仪器(TI)推出全新系列的MSP430™微控制器(MCU),该系列控制器带有集成超声波感应模拟前端,能够提高智能水表的精度并降低其能耗。此外,TI还推出两款新型参考设计,可以更轻松地设计模块,为现有机械水表新增自动抄表功能(AMR)。德州仪器(TI )中国区MSP微控制器业务拓展经理刁勇先生在媒体会上和大家作了分享。



图1:德州仪器(TI )中国区MSP微控制器业务拓展经理刁勇先生

为什么传统水表会带来水资源计量损失

刁先生介绍说,传统机械式水表,采用旋翼式或螺翼式设计,是利用水表基表内的叶轮的旋转速度来连续测定流过水的体积计算流量仪表。这类水有着压损大、精度差、始动流量高、用户容易倒拨表针恶意用水等缺点。甚至有些用户利用水表在小流量时不计量的漏洞,有意将水管开到滴水状态。因此,提高水表计量的准确性,选择高精度的水表,是供水公司降低漏损率、降低产销差率的有效措施之一。

超声波检测水表有什么优势

刁先生表示,超声波水表具有高精度的优势,可以达到<±1%,值得一提的是超声波计量在滴水状态都依然可以测量。由于超声波计量为全电子器件无活动机械部件不会带来磨损,从而延长了使用寿命。在成本方面刁先生也表示,尽管超声波水表单体成本贵,但硬件维护的成本大大降低,同时还为水质、成份的检测提供有效的手段,可抗振动、红外辐射、EMI等干扰。由于其为全电子化计量可轻松添加通信设置。

众所周知,水务公司规模远小于电力公司,在资金投入方面有一定的限制,如果将其水表做全面的更换需要投入大量资金,如何做到将现有机械水表更智能。TI给出了答案,第一,在现有水表上增加通讯功能,减少人工成本支出。第二,增加通讯功能后,可以做到实时监测,了解运营情况。

MSP430FR6047微控制器,超声波传感解决方案的下一级性能水平

TI此次发布的这款MSP430FR6047使开发人员能够利用完整的波形捕获功能和基于模数转换器(ADC)的信号处理,为流量计增加更多智能特性。这种技术可以更准确地进行测量,零漂平均值为25皮秒或更低,标准差为32皮秒或更低,因此可以检测到低于1升/小时的流速。此外,集成的MSP430FR6047器件具有丰富的MCU资源,相较于竞争对手的器件,仅需一颗芯片便可以实现。同时将水表系统组件数量减少50%,功耗降低25%,在不为电池充电的情况下,水表能够运行10年或更长时间。新型MCU还集成了一个用于高级信号处理的低能量加速器模块、256 KB的铁电随机存取存储器(FRAM)、液晶显示器(LCD)驱动器和计量测试接口。



图2:MSP430FR6047特性

超声波感应设计中心提供一个全面的开发生态系统

为使设计人员更方便的使用,MSP430超声波感应设计中心提供一个全面的开发生态系统,开发人员可利用它在几个月内让产品上市。该设计中心提供快速开发和灵活定制的工具,包括软件库、图形用户界面(GUI)、带度量衡和数字信号处理(DSP)库的评估模块。与市场同类产品不同的是,此设计中心可以实现ADC波形的采样,可以捕捉到超声波的波形,刁先生解释到利用超声波的波形,设计人员可以做到很多功能的增加,例如对水质的检测。

灵活易用的EVM430-FR6047评估板

另外,TI的EVM430-FR6047评估模块,易于与超声波传感器接口连接,预留BoosterPackTM接口,可添加以下功能:射频、电源管理、温度测量、功耗分析和LCD显示功能、在线编程和调试等,利用EVM430-FR6047评估板,以及TI的软件,设计人员可在半小时内便轻松评估超声波特性。

客户可以从TI商店购买MSP430FR6047 MCU的样品,以及在线申请EVM430-FR6047评估模块,并通过MSP430超声波感应设计中心下载软件。

紧凑、低功耗的参考设计为机械水表新增无线通信功能

TI具有感应传感能力的新型低功耗水流测量参考设计是一种紧凑的解决方案,用于对低功耗机械流量计进行电能测量,延长电池寿命。由单芯片SimpleLink™双频带CC1350无线MCU启用,该参考设计还能够使设计人员为AMR网络添加双频无线通信。设计人员可以利用参考设计的小尺寸特性,轻松改装现有机械流量计,使水务公司能够添加AMR功能,同时无需更换已安装的仪表。CC1350无线MCU在测量水流量时仅消耗4uA电流,从而延长产品的使用寿命。



图3:低功率水流测量,带感应传感参考设计

第二个新型参考设计是基于SimpleLink™ Sub-1 GHz CC1310无线MCU的超低功耗解决方案。低功耗无线M-Bus通信模块参考设计采用TI的无线M-Bus软件堆栈,并支持868 MHz频段内的所有无线M-Bus操作模式。此无线通讯模块在欧洲被广泛采用,该参考设计可提供一流的功耗和灵活性,支持跨多个地区的无线M-Bus部署。



图4:低功耗无线M-Bus通信模块参考设计

TI MSP430FR6047 单芯片MCU拥有丰富的资源,超声波具有方向性好,穿透能力强的特性,MSP430FR6047的推出无疑是加速了水表智能化的步伐,助力智慧城市的实现。

 

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