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德州仪器 (TI) 的智能燃气表和水表解决方案

计注意事项

燃气和水 AMR(自动抄表)是一项包含度量和单向通信媒介的电子仪表(电子式电表)技术,它收集和呈现实用程序的时间同步间隔仪表数据,并提供客户长期的功耗使用概况。它结合了高功率端点、网络接收器、数据收集引擎和固定网络技术,能让提供商知道何人何时使用了多少燃气和水。

燃气和水 AMI(先进抄表基础设施)有时称为智能抄表,作为一个双通道通信网络,它向 AMR 增加了其它通信和控制功能,包括阀门控制和客户访问功耗数据。

TI 提供了一系列支持当今 AMR 和 AMI 智能燃气表和水表(从超声波到机械式)所需的众多关键功能的高性能产品。TI 解决方案提供以下功能:

双向通信和时间同步测量

TI 提供与 TI MCU 相连接的低功耗射频产品系列(低于 1GHz 和 2.4GHz 的解决方案)。这种类型的通信使得能够及早检测这些仪表的泄漏,并且实现了监控和客户认知。

记录和计费

由于需要实施灵活的费率,因此在记录功耗信息的地方配备这样的系统至关重要。TI MCU 解决方案提供嵌入式 flash 技术,使这种类型的系统成为现实。此外,TI 提供了采用防篡改和预付费 RFID 选项的解决方案,实现了当今智能燃气表的终极灵活性。

延长基础设施寿命

为了优化服务频率,这类应用的电池寿命需要持续 10-15 年。TI 的 MSP430 超低功耗 MCU 系列通过将高性能与低功耗相结合,很好地顺应了这种想法。

电源

在最大化地延长电池寿命的同时,优化低功耗 MSP430 的关键在于正确地选择超低静态电流电源管理设备。虽然直接从电池运行 MCU 可能会起作用(在指定的 MCU 工作范围内),而且似乎节省了电源管理组件的成本,但缺少电压调节会引发待机功耗过高和电池寿命缩短。这会导致更高的维护成本,远远超出了因不使用稳压器而带来的所有成本节约。将 MCU 和外设通信 IC 稳定在尽可能最低的电压将优化节电功能并延长电池寿命。

根据使用的电池类型和仪表的工作模式(满载)占空比,我们有多种电源管理解决方案选择。对于使用具有平稳放电曲线电池(例如 Li-SOCl2 原装电池)的低占空比(长待机)的简单应用而言,使用超低 Iq LDO 可以以非常低的成本提供较长的电池寿命。对于工作占空比较高的应用而言,在省电模式(用于轻载)下使用低 Iq DCDC 稳压器,会在适度增加成本的基础上提供更高的效率。

对于使用具有线性放电曲线电池(例如多节 alkaline 或 NiXX)的应用而言,使用低 Iq 降压/升压转换器,将通过提供低至 1.8V 的稳定放电电压来最大化地延长电源寿命。对于使用单节电池或小钮扣型电池(在此情况下,电池电压可以低于调节电压)而言,使用低 lq 升压转换器可以为调节电压提供低至 0.7V 的输入电压。

尽管可以在某一电压下对完全运行的 MCU 和外设通信 IC 进行优化,这些设备在待机模式下仍可以在低得多的电压下工作(只保持 RTC 和内存)。使用具有动态电压调节功能(通常通过 V-Select 逻辑引脚来实现)的 DCDC 转换器和 LDO 可以进一步延长电池寿命。

模拟传感

燃气表的机械力通过电感式传感器(流量)、压力传感器和 RTD 或硅温度传感器(温度)进行测量/检测。由于电压非常低,在前端分别需要精确的低噪音放大器(用于流量和温度)以及 OPA2209 和 INA10x 等仪表放大器(用于压力)。通常,电压会借助集成在 MSP430 中的精密 ADC 实现数字化。

超声波仪表的机械结构比膜片式仪表简单得多,使得设计越来越轻巧和紧凑。由于采用了特殊的测量方法,这种仪表与膜片式仪表相比,对泄漏的检测更细致灵敏,检测速度也更快,可以用于更广泛范围的测量。超声波仪表需要特定的模拟前端,用于检测与时间测量值成正比的流量,及其在两个超声波传感器之间的准确度。TI 目前正在开发的器件将使测量精度低至几皮秒,同时还能无缝连接到 MSP430。

通过支持这些功能,TI 使您能够制作准确的帐单、执行常规燃气系统平衡和调节、实现对泄漏的及早检测,并提供实时使用情况以便更好地节能。



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