低功耗智能水表设计
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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

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Presentation Transcript

Agenda
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


Cadc
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


Cadc
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


Cadc
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


Cadc
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


Cadc
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%


Agenda1
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


Pic16lc926
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

  • 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


Agenda2
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


16 lc926

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


16 f628a

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


Cadc

原理图-电机驱动

原理图-电机驱动


Cadc

原理图-RF卡接口

原理图-RF卡接口


Mcu rf

MCU(RF卡)

原理图-MCU(RF卡)


Mcu ic
原理图-MCU(IC卡)

MCU(IC卡)


Mcu tm

MCU(TM卡)

原理图-MCU(TM卡)


Pic16lc9261
PIC16LC926液晶显示方式一

由内部电荷泵产生参考电压

PIC16LC926


Pic16lc9262
PIC16LC926液晶显示方式二

由外部电阻网络产生参考电压

PIC16LC926


Cadc
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


Cadc
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);


Agenda3
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


Cadc
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


Cadc
低功耗设计要点

  • 采用外部低电压检测器件


Cadc
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


Cadc
低功耗设计要点

  • 采用RC振荡器

    • 从休眠到工作只需要50~100us


Cadc
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


Cadc
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


Cadc
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


Cadc
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


Agenda4
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


Cadc
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


Cadc
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


Agenda5
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



Cadc

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