满足智能水表低成本、低功耗特点的应用方案

【导读】智能水表与传统水表相比，智能水表作为智能化联网工具，是对传统水表的升级。它保持计量功能，增加了通信能力。快包分析师针对智能水表的应用场景，推荐华大电子的超低功耗安全MCU CIU32L041和移芯通信的超高集成度NB-IoT SoC芯片。利用通讯网络的广域覆盖，有效解决了水务企业传统上需要多种技术组合也难以实现水表计量数据准确、实时、海量、快速上传的问题。

目前，智能水表的服务对象主要是市政、工业、商业和居民。未来智能水表的发展方向也会更加多元化，服务对象也会从一线城市走向县城再走向农村，为农业节水提供有力支撑。

随着国家“新基建”、“一户一表”工程、节能减排、智慧城市、“阶梯水价”和物联网的应用，智能化水表的需求量日益增加。根据中国产业信息网公布的数据，智能水表的需求量将以较为稳定的增速增加，到2024年全国智能水表的需求量将达到4630万只。

随着智能水表不断普及，其产业也将会逐渐壮大，产业链上的各玩家将会从中受益。包括赋能连接的通信芯片、通信模组产业，提供多种监测功能的传感器产业，以及智能水表终端产业。

智能水表的5大优势

1、多种通信能力

具备近距离、短距离和远距离的无线通信能力，可以通过各种通信方式实现数据的双向传输和通信，解决了无线通信和网络接入的问题。

2、独立供电和外源供电

在供电方面具有灵活性，可以通过自带电控阀受控启闭实现独立供电，也可以接受外部电源供电，不受环境因素的影响。

3、定期检查和故障预测

能够进行定期的检查、校正和电源容量检测，以保证测量的准确性。同时，它还具备故障预测和报警功能，能够提前发现和处理可能的故障情况。

4、安全认证和加密机制

为了保障数据的安全性，智能水表加强了安全认证和加密机制，防止数据的泄露和篡改，保护用户的隐私和信息安全。

5、融入管网测控系统

智能水表不仅仅是传统的计量工具，还可以与管网测控系统进行融合，实现在线监控、供水自动化、信息化等一系列智能化工作。它能够与供水系统进行实时的数据交互和控制，提高供水管理的效率和精度。

华大电子和移芯通信面向智能水表的应用场景和业务功能，设计开发了基于CIU32L041超低功耗安全MCU和基于EC616超高集成度NB-IoT SoC芯片的智能水表解决方案。采用NBIoT通信技术，具有广覆盖、低成本、低功耗和高可靠性的特点，还可进行长距离无线数据传输，而无需任何布线与安装其他采集通讯终端，节约了安装和维护成本。与其他无线远传水表相比，NB-loT 水表采用授权频谱，选用了技术成熟的窄带物联网技术，解决了其他无线水表通信基站用户容量小、功耗高、信号差、安全性差的问题。

方案一：华大电子CIU32L041智能水表应用方案

CIU32L041智能水表方案框图

方案以华大电子CIU32L041为主控芯片，CIU32L041 系列超低功耗安全 MCU 基于 ARM Cortex-M0+内核，支持LOFP64/48、QFN32 等多种封装，最高频率可达 48MHz，支持独立的备份电源供电，内部集成 LCD、ADC、内部参考电压源 VREFBUF、超低功耗比较器、LPUART、多个 USART/IC/SPI、RTC、多种定时器等丰富的外设资源，同时提供了 SM4、TRNG 等信息安全外设。该产品具有超低功耗、高集成度、高可靠性、高安全的特点。

方案优势

（1）支持霍尔、无磁、光电直读和超声波四种流量计量方式，其中超声波传感器可通过LPUART唤醒MCU，波特率可达9600bps；

（2）NB-IOT通讯，可实现远程抄表、充值；

（3）低功耗模式下实时监测电池电量，低电量自动关阀；

（4）整机待机，维持LCD显示，工作电流平均可低至10uA；

（5）LCD由内部电荷泵供电，显示效果不随电池电压变化；

（6）VBAT模式下RTC走时与备份寄存器保持，可采用纽扣电池供电，省去小锂电池用作备用电源的成本。

应用场景

华大电子以Arm 32位为内核的系列安全MCU产品，可同时满足智能水表的联网通信技术和多种现代传感技术要求。产品主要应用领域包括智能水表、便携医疗、智能门锁及其他电池供电的低功耗场景。

方案二：移芯通信EC616小体积低功耗NB-IoT模组方案

CFB-801是移芯通信自主研发的NB-IoT模组，采用OPENSDK的模式，主控IC为EC616，是移芯通信完全自主研发的第一款超低成本、超低功耗和超高集成度NB-IoT SoC芯片。EC616单芯片集成射频收发机、PA、以及电源管理，大幅减少外围器件数量，可极大降低下游客户BOM 成本。具有二次开发、节省MCU的优点。

CFB-801主要应用于低功耗的数据传输业务，符合 NB-IoT 无线电通信协议（3GPP Release-14）标准，以及中国电信标准要求。 CFB-801 模块可与众多终端设备进行连接，内嵌 TCP/UDP/CoAP/MQTT/HTTP（S）/LWM2M 等数据传输协议， 支持 3GPP Rel13/14 及扩展的 AT 命令。支持基站定位。

图 1：CFB-801 功能框图

方案优势

CFB-801具有二次开发、节省MCU的优点，采用 LCC 贴片封装，并具有 20mm × 16mm × 2.2mm 的超小尺寸。 此外，该模块采用了省电技术，电流功耗在省电模式（PSM）下，小于 0.8uA。

应用场景

CFB-801模组几乎能满足所有物联网方面的应用需求，模组尺寸小，适用于智能可穿戴设备、智慧追踪、物流、远程抄表、智慧消防、交通、农业等多个领域。

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随着智能水表的覆盖面提高，智慧水务、智慧城市的发展也会得到促进，尤其在面向的目标群体上，未来基于智能水表的需求和应用创新也会更多。

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