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智能表计中的低功耗MCU与应用案例解析

发布时间：2024-06-26 阅读量：7807 来源: 我爱方案网 作者: bebop

摘要：智能表计行业作为一个专有的应用行业，兼具消费行业和工业行业的一些特性，既具备消费行业广泛的市场前景，又具有工业行业对MCU产品的稳定性、可靠性的更高要求。同时，智能表计行业也是联网化比例较高的一个应用场景，对MCU产品的功能、性能、可靠性、低功耗等要求也更高。

MCU承担智能表计的管理任务，能够完成包括费控显示、事件记录、时间记录、数据冻结、负荷控制、上行通信、下行抄表、远程升级等任务，并且具备过载跳闸、端子过热跳闸，及拉闸状态下的过载恢复合闸、端子过热恢复合闸的能力，并基于国家电网统一开发的软件平台支持增量和总量在线升级。
智能表计行业对低功耗的要求极其苛刻，尤其是在智能水气表产品。智能表计中的MCU不但需要有超低功耗能力，还要有灵活的功耗管理方式，协调外围电路达到最佳整机功耗。MCU的低功耗特性不仅体现在待机功耗，也要具有快速的唤醒能力和高效动态能耗，如果唤醒时间过长，不但会影响对外部事件的响应速度，也会拉长高功耗的占用时间长度。
在此背景下，华大电子针对该领域推出了CIU32L071/CIU32L051系列超低功耗安全MCU及智能表计应用方案。
CIU32L071/CIU32L051系列安全MCU基于ARM 32位内核，最高频率可达48MHz，多达256KB Flash、28KB SRAM，支持LQFP80/64/48等多种封装，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、多个LPUART /U(S)ART/I2C/SPI、RTC、多种定时器、AES算法协处理器等丰富的外设资源。

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方案介绍：

1.智能燃气表方案

方案框图如下：

方案功能：
lNB-IOT通讯，可实现远程抄表、充值
l支持干簧管、霍尔传感器以及超声波传感器气量计量功能
l支持计数信号异常报警，避免错误计数
l实时监测电池电量，低电量自动关阀
lIC卡读卡功能，支持线下充值
该方案硬件构成如下：

MCU应用特点：
lLCD最大支持8COM x 40SEG，支持电荷泵模式：驱动能力强，VLCD升压可高于VDD且不随VDD变化，VLCD多档可配置，最高可达5.25V，在电池电压下降或NB通信过程中依然可以保持最佳显示效果
lVBAT备份电源自动切换，VBAT模式+RTC+备份寄存器低至 0.95μA，降低备份电源的电池容量需求，节约电池成本
lStop低功耗模式+RTC低至1.25μA，动态功耗低至60μA/MHz@48MHz，提高电池使用寿命
l支持2路LPUART，小数级波特率发生器，32.768KHz时钟源下支持9600bps波特率通信无误码

2.智能水表方案

智能水表硬件原理框图：

方案功能：
l支持霍尔、无磁、光电直读和超声波四种流量计量方式
lNB-IOT通讯，可实现远程抄表、充值
l支持差分升级功能
l低功耗模式下实时监测电池电量，低电量自动关阀
智能水表终端硬件资源具体如下图：

MCU应用特点：
lStop低功耗模式+RTC低至1.25μA，动态功耗低至60μA/MHz@48MHz，提高设备使用寿命，节省电池成本
l支持2路LPUART，小数级波特率发生器，32.768Khz时钟源下支持9600bps波特率通信无误码LCD最大支持8COM x 40SEG，支持电荷泵模式、电阻分压模式和电容分压模式

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