低功耗智能水表设计 CADC

低功耗智能水表设计 CADC

Agenda • 智能水表基本应用需求 • PIC16LC926及PIC16F628A特点 • 硬件/软件介绍 • 低功耗设计要点 • 技术参数 • 演示

智能水表类型 • 智能水表类型 • 预付费水表－ IC卡，RF卡，TM卡 • 远传水表－ RS485，现场总线 • 集抄水表

基本结构 • 基本结构 • 基表－发信装置，电控阀 • 控制单元－计量，数据交换，显示，控制 • 电源－锂电池

基表 • 发信装置 • 双干簧管双稳态触发－可靠信号采集，防磁干扰 • 电动阀门 • 直流电机－阀门驱动 • 阀门位置检测开关 • 基表接口 • 信号采集－ 2个 • 电机驱动－ 2个(需要3～4个I/O控制) • 阀门位置检测－ 1～2个

控制单元 • 微控制器－低功耗，高可靠性 • 外部数据接口 • 预付费表－ IC卡，RF卡，TM卡 • 远传集抄表－ RS485 • 数据存储－ EEPROM • 显示－ LCD及LCD驱动 • 基表控制输出/信号输入－电机驱动,干簧管脉冲信号 • 低电压检测－电压跌落时关闭阀门 • 按键，防撬开关，蜂鸣器

相关规范 • CJ/T 133 – 2001 IC卡冷水水表标准 • 静态工作电流 < 30uA, 6年以上使用寿命 • 显示功能－购水量，剩余水量，累积用水量 • 提示功能－欠电压，水量不足，误操作 • 控制功能－预付费及用水控制，数据保持，水量累积，欠电压保护 • 保护功能 • 精度 0.1%

PIC16LC926 • PIC16LC926特点 • 8K程序空间/336B数据空间 • LCD接口 • TQFP64及PLCC68封装－48 I/O • 宽电压－ 2.5V ~ 5.5V • 低功耗－休眠时<1uA电流(@3V)

PIC16F628A • PIC16F628A特点 • 纳瓦技术－休眠时100nA, 工作在32KHz时12uA，看门狗时钟1uA, Timer1 1.2uA, 双速内部时钟(37KHz/4MHz) • 2K程序/224B数据/128B EEPROM • USART • DIP18/SOIC18/SSOP20/QFP28 －16I/O • 宽电压－ 2.0V ~ 5.5V

123456789 基表防撬报警开关阀门控制 RS485 /IC卡/射频卡/TM卡 16LC926 流量传感器蜂鸣器 EEPROM 低电压检测按键锂电池方案框图－16LC926

LCD驱动 123456789 基表阀门控制防撬报警开关流量传感器 RS485 /IC卡/射频卡/TM卡蜂鸣器低电压检测按键锂电池方案框图－16F628A

原理图-电机驱动 原理图－电机驱动

原理图－RF卡接口 原理图－RF卡接口

MCU(RF卡) 原理图－MCU(RF卡)

原理图－MCU(IC卡) MCU(IC卡)

MCU(TM卡) 原理图－MCU(TM卡)

PIC16LC926液晶显示方式一 由内部电荷泵产生参考电压 PIC16LC926

PIC16LC926液晶显示方式二 由外部电阻网络产生参考电压 PIC16LC926

软件设计 • C语言编程 • 程序可读性好，移植性强 • 采用结构化、模块化的程序设计 • 所有应用接口(TM、IC、RF）提供接口函数库，缩短开发周期

应用编程接口举例 • iButton接口函数库（ds199x.h ds199x.c） #define TM_PORT RB1 #define TM_PORT_DIR TRISB1 unsigned char TM_Read_ROM(unsigned char *ROMData); unsigned char TM_Read_Mem(unsigned int address, unsigned char number,unsigned char *MemBuffer); unsigned char TM_Write_Mem(unsigned int address, unsigned char number,unsigned char *MemBuffer);

低功耗设计要点 • 平均功耗 VS 静态功耗 • 大部分时间处于休眠状态 • 工作时器件功耗随工作频率上升而上升,但平均功耗并不会显著上升 • 静态功耗－最关键的参数 15mm水管每小时流量大约为5吨，如果每0.05吨一个计数脉冲，那么脉冲间隔大约为36秒！假设每次脉冲工作时间2ms，工作电流400uA 平均电流: 400uA*2ms/(36*1000ms) + 静态电流 ≈ 静态电流

低功耗设计要点 • 采用外部低电压检测器件

低功耗设计要点 • 设置未用的I/O脚噪声环境将使浮空脚的输入锁存器频繁切换。将未用的I/O设置为输出高电平或者低电平可降低功耗。 • 关闭未用的模块 • 尽量少使用LED

低功耗设计要点 • 采用RC振荡器 • 从休眠到工作只需要50~100us

低功耗设计要点 • 不要使用内部上拉 • 外部上拉电阻电源端用I/O口控制

低功耗设计要点 • 外围器件供电 • 小电流器件可采用I/O线供电 • 大电流器件可用MOSFET控制

低功耗设计要点 • 尽可能多的时间处于休眠状态 • 用外部中断脚RB0,RB4~RB7唤醒MCU，避免定时唤醒做查询操作 PIC16F628A － @休眠，2.0V － 100nA @32KHZ，2.0V － 12uA @1MHZ，2.0V －120uA

低功耗设计要点 • 一定时间后若无按键操作，自动转入休眠模式 • 利用片内的定时器实现延时。尽可能不使用软件指令循环实现延时

技术参数 PIC16LC926 TM,IC卡水表静态电流－ <2μA @3V,LCD OFF － <50μA @3V,LCD ON 工作电流－ <300μA @1MHZ,LCD OFF － <350μA @1MHZ,LCD ON

技术参数 PIC16LC926 RF卡水表静态电流－ <2μA @3V,LCD OFF － <50μA @3V,LCD ON 工作电流－ <300μA @1MHZ,LCD OFF,RF OFF － <350μA @1MHZ,LCD ON,RF OFF － <150mA @1MHZ,LCD ON,RF Read/Write data

问题？

谢谢！ http://www.microchip.com Microchip各地办事处联系电话免费技术支持热线：800 820 6247(MCHP) 北京：010 85282100 成都：028 86766200 福州：0591 7503506 青岛：053 25027355 上海：021 62755700 深圳：0755 82901380

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