基于NEC电子78K0/Lx3微控制器的智能水表方案 智能水表, 水资源

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　国内的水表市场目前仍以机械表为主，但是从发展趋势看来，智能水表的比例会越来越多。和传统机械表相比，智能水表可以节约很多人工，同时提高抄表的准确性，可以实现阶梯化收费，更有效的利用有限的水资源。
　　为了节约成本，采用总线方式的智能水表较少，电源一般由水表自行提供，这就对水表的功耗提出了近乎苛刻的要求。按照国标规定，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。
　　在水表电路的微控制器中，NEC电子公司的78K0/Lx3系列以其卓越的功耗轻松满足水表客户的严格要求。并且内部集成有很多实用模块，比如RTC、LCD驱动、LVI检测及10位/16位AD转换器等，可以很方便地帮助客户快速构建高性价比的解决方案。
　　78K0/Lx3微控制器介绍
　　NEC电子78K0/Lx3微控制器是高性能8位通用微控制器，采用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。
　　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的振荡器，可以轻松实现阶梯复费率水费。
　　通讯方面，Lx3内置有3路串行接口，并且内置有曼彻斯特编码器和遥控接收器两个硬件模块，在远传及无线方面的多种选择让客户轻松应对瞬息万变的市场需求。
　　功耗方面，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。
　　Lx3系列微控制器不但适用于测量表计，同样也适合家用电器和数码设备。
　　NEC电子水表解决方案
　　NEC电子水表方案采用NEC电子的78K0/Lx3微控制器，可以在微控制器内置的Flash存储器上存储数据，节省EEPROM芯片费用。
　　功耗方面，通过各种节电措施，配合NEC电子低功耗的微控制器，在LCD常显的情况下，整机达到3.8μA的超低功耗。智能水表方案见图1。

　　

　　● NEC电子水表方案的特点
　　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。
　　具有的基本功能如下。
　　（1）基本计量功能：每0.1立方米写入一次数据。
　　（2）LCD显示功能：显示错误信息、报警水量、剩余水量、透支水量等多项数据。
　　（3）购水管理功能：支持出厂预置、购水、停水、水量查询、抄表等功能。
　　（4）报警断水功能：当剩余水量达到报警水量时，阀门会自动关闭，提示用户购水。如果剩余水量为0，阀门关闭，但是重新插卡后，可以在预置透支水量范围内继续用水。如果用户透支的水量达到预置透支水量，则关闭阀门断水。
　　● NEC电子水表的特殊功能
　　数据存储功能：本方案的数据存储有两种方式，一种是使用EEPROM来存储数据，另外一种是在NEC电子的Flash存储器上可以实现 EEPROM模拟功能，在NEC电子的微控制器内置的Flash存储器中存储数据，达到和EEPROM同样的存储效果。通过NEC电子提供的库文件能够方便实现Flash存储器的EEPROM模拟功能。
　　节电功能：将EEPROM和卡座的供电电源关闭，使其处于睡眠状态。NEC电子78K0/Lx3的LCD内部分压电阻阻值为60K左右，为了进一步降低功耗，我们采用330K的外部分压电阻。通过这些办法，该水表方案在待机模式下，整机功耗保持在1.8μA。
　　攻击防止功能：能够判断是否被攻击，如果处于受攻击状态则关闭阀门。软件上有很多处理，可以有效防止对微控制器的干扰。
　　透支水费计量：如果因为外部攻击或机械故障等原因阀门无法正常关闭，在用水时仍然计量透支水费。
　　自动除垢功能：每月自动开关阀门两次，以防止长期不使用的电机故障。
　　电池能力监测：使用内部的LVI模块监测电池电压，电压不足时及时报警，并关闭阀门，LCD上提示更换电池。
　　软件结构
　　本系统软件由主程序和中断处理程序组成。主程序主要完成系统初始化的功能，然后定时查询各标志位，如果各标志位都为0，进入STOP待机模式。中断处理程序包括LVI低电压检测中断、水量脉冲测量中断、卡检测中断，以及磁攻击处理程序、LCD和看门狗处理程序。主程序流程见图2。

　　

　　总结与展望
　　NEC电子的水表方案在自编程EEPROM模拟方面，经过测试，可以满足水表用户数据存储的需求。在功耗方面，完全能够满足对低功耗的苛刻要求，为绿色环保做出贡献。
　　在本方案中暂时没使用RTC模块，但是从未来趋势看，阶梯式水费和管理部门对水资源消费统计方面的需求会越来越多，RTC的使用是大势所趋。在国外市场，RTC已经是必需模块。
　　内置的曼彻斯特编码器和遥控接收器，有助于设计开发人员在无线远传方面进行扩展，无线抄表技术可以有效减少抄表工作量，而且对最终用户的影响降到最小。在本方案基础上稍加扩展就可以完成无线水表的设计。