TI超聲波MCU為智能水表提供更高精度計量
2017-10-17 17:33:20 未知水表作為測量水流量的儀表，有近二百多年的歷史，目前全球約15億個水表分布在千家萬戶，隨著物聯網、智慧城市的發展，水表智能化已成為發展趨勢，預測全球智能水網絡市場的營收將從2016年的26億美元增長到2025年的72億美元。據第三方調查報告，在美國已有超過80%的供應商投資或計劃投資智能水基礎設施,以提高運營效率并減少水損失，中國也正在加強對智能水表的利用。推動智能水表快速的發展根本原因是：長期以來，供水行業一直倍受產銷差率太高所困擾，其中一項重要因素是由于水表測量或計量系統的不完整或精度不高所造成，有統計顯示，基于此原因造成的供水損失高達30％。由此可見，水表更高精度的設計已成為當下迫切需待解決的問題。
近日德州儀器（TI）推出全新系列的MSP430™微控制器（MCU），該系列控制器帶有集成超聲波感應模擬前端，能夠提高智能水表的精度并降低其能耗。此外，TI還推出兩款新型參考設計，可以更輕松地設計模塊，為現有機械水表新增自動抄表功能（AMR）。德州儀器(TI )中國區MSP微控制器業務拓展經理刁勇先生在媒體會上和大家作了分享。
圖1：德州儀器(TI )中國區MSP微控制器業務拓展經理刁勇先生
為什么傳統水表會帶來水資源計量損失
刁先生介紹說，傳統機械式水表，采用旋翼式或螺翼式設計，是利用水表基表內的葉輪的旋轉速度來連續測定流過水的體積計算流量儀表。這類水有著壓損大、精度差、始動流量高、用戶容易倒撥表針惡意用水等缺點。甚至有些用戶利用水表在小流量時不計量的漏洞，有意將水管開到滴水狀態。因此，提高水表計量的準確性，選擇高精度的水表，是供水公司降低漏損率、降低產銷差率的有效措施之一。
超聲波檢測水表有什么優勢
刁先生表示，超聲波水表具有高精度的優勢，可以達到<±1%，值得一提的是超聲波計量在滴水狀態都依然可以測量。由于超聲波計量為全電子器件無活動機械部件不會帶來磨損，從而延長了使用壽命。在成本方面刁先生也表示，盡管超聲波水表單體成本貴，但硬件維護的成本大大降低，同時還為水質、成份的檢測提供有效的手段，可抗振動、紅外輻射、EMI等干擾。由于其為全電子化計量可輕松添加通信設置。
眾所周知，水務公司規模遠小于電力公司，在資金投入方面有一定的限制，如果將其水表做全面的更換需要投入大量資金，如何做到將現有機械水表更智能。TI給出了答案，第一，在現有水表上增加通訊功能，減少人工成本支出。第二，增加通訊功能后，可以做到實時監測，了解運營情況。
MSP430FR6047微控制器，超聲波傳感解決方案的下一級性能水平
TI此次發布的這款MSP430FR6047使開發人員能夠利用完整的波形捕獲功能和基于模數轉換器（ADC）的信號處理，為流量計增加更多智能特性。這種技術可以更準確地進行測量，零漂平均值為25皮秒或更低，標準差為32皮秒或更低，因此可以檢測到低于1升/小時的流速。此外，集成的MSP430FR6047器件具有豐富的MCU資源，相較于競爭對手的器件，僅需一顆芯片便可以實現。同時將水表系統組件數量減少50%，功耗降低25%，在不為電池充電的情況下，水表能夠運行10年或更長時間。新型MCU還集成了一個用于高級信號處理的低能量加速器模塊、256 KB的鐵電隨機存取存儲器（FRAM）、液晶顯示器（LCD）驅動器和計量測試接口。
圖2：MSP430FR6047特性
超聲波感應設計中心提供一個全面的開發生態系統
為使設計人員更方便的使用，MSP430超聲波感應設計中心提供一個全面的開發生態系統，開發人員可利用它在幾個月內讓產品上市。該設計中心提供快速開發和靈活定制的工具，包括軟件庫、圖形用戶界面（GUI）、帶度量衡和數字信號處理（DSP）庫的評估模塊。與市場同類產品不同的是，此設計中心可以實現ＡＤＣ波形的采樣，可以捕捉到超聲波的波形，刁先生解釋到利用超聲波的波形，設計人員可以做到很多功能的增加，例如對水質的檢測。
靈活易用的EVM430-FR6047評估板
另外，TI的EVM430-FR6047評估模塊，易于與超聲波傳感器接口連接，預留BoosterPackTM接口，可添加以下功能:射頻、電源管理、溫度測量、功耗分析和LCD顯示功能、在線編程和調試等，利用EVM430-FR6047評估板，以及TI的軟件，設計人員可在半小時內便輕松評估超聲波特性。
客戶可以從TI商店購買MSP430FR6047 MCU的樣品，以及在線申請EVM430-FR6047評估模塊，并通過MSP430超聲波感應設計中心下載軟件。
緊湊、低功耗的參考設計為機械水表新增無線通信功能
TI具有感應傳感能力的新型低功耗水流測量參考設計是一種緊湊的解決方案，用于對低功耗機械流量計進行電能測量，延長電池壽命。由單芯片SimpleLink™雙頻帶CC1350無線MCU啟用，該參考設計還能夠使設計人員為AMR網絡添加雙頻無線通信。設計人員可以利用參考設計的小尺寸特性，輕松改裝現有機械流量計，使水務公司能夠添加AMR功能，同時無需更換已安裝的儀表。CC1350無線MCU在測量水流量時僅消耗4uA電流，從而延長產品的使用壽命。
圖3：低功率水流測量,帶感應傳感參考設計
第二個新型參考設計是基于SimpleLink™ Sub-1 GHz CC1310無線MCU的超低功耗解決方案。低功耗無線M-Bus通信模塊參考設計采用TI的無線M-Bus軟件堆棧，并支持868 MHz頻段內的所有無線M-Bus操作模式。此無線通訊模塊在歐洲被廣泛采用，該參考設計可提供一流的功耗和靈活性，支持跨多個地區的無線M-Bus部署。
圖4：低功耗無線M-Bus通信模塊參考設計
TI MSP430FR6047 單芯片MCU擁有豐富的資源，超聲波具有方向性好，穿透能力強的特性，MSP430FR6047的推出無疑是加速了水表智能化的步伐，助力智慧城市的實現。
