TI推出适应水表智能化需求的超声波单芯片测量芯片

德州仪器(TI)推出了智能水表单芯片超声波感应微控制器以及解决方案,以帮助自来水厂实现水资源管理、准确测量和及时计费。

  为解决水表的测量精准度问题,一些自来水厂开始进行改造,将机械水表替换为更精准的超声波传感器测量水表。据统计,超过80%的美国供应商已投资智能水表基础建设,以提高运营效率并减少谁损失。全球智能水网络市场的营收将从2016年的26亿美金增长到2025年的72亿美金,增长潜力巨大。


TI推出的智能水表单芯片超声波感应微控制器以及解决方案,资料图

  2017年,德州仪器(TI)就推出了智能水表单芯片超声波感应微控制器以及解决方案,以帮助自来水厂实现水资源管理、准确测量和及时计费。据介绍,其最新推出的MSP430FR6047 微控制器(MCU)系列使开发人员能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。

  据悉,该系列控制器带有集成超声波感应模拟前端,能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,能够更为轻松地设计模块,为现有机械水表新增自动抄表功能(AMR)。

  更智能而精准的流量感应

  据TI介绍,作为用于感应和测量的超低功耗MSP430 MCU产品组合的一部分,新型MSP430FR6047 MCU系列,使开发人员能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。

  相较于竞争对手的器件,这种技术能更准确地进行测量,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器件可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。


MSP430FR6047器件相关参数,资料图

  封装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。

  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。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。

  模块替代帮助自来水厂节省资源

  有了元器件和开发模块,怎样对机械水表进行更新换代呢?

  如果把原有的机械水表全部废弃,再换一套新的电子测量水表,这对自来水厂来说耗资巨大,因此很多地区选择了对原有的设备进行局部改造。将超声波传感器安装在流管内部或外部的一对或多对超声波传感器就可以用来测量TOF。一对超声波换能器可以直接与MSP430FR6047 MCU集成的超声波外设(USS)连接,USS使用高速8MSPS的Sigma-Delta ADC可以灵活的对每个传感器进行独立的激励和响应捕获。USS再将捕获的波形采用多种数字信号处理算法进行下一步处理。

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