TI新型超聲波感應MCU讓水表更智能

TI新型超聲波感應MCU讓水表更智能

本刊記者楊迪娜

日常生活中，家用水表通常是機械式的，容易出現磨損和不準確的情況。由于不適當和不準確的感測和測量，水務公司配送的供水損失高達30%，有超過80%的美國供應商已投資或計劃投資智能水的基礎設施建設，以提高運營率，并減少損失?？v觀全球智能水領域，其市場的營收將從2016年的26億美元增長到2025年的72億美元。市場份額擴大的背后，是新技術的力量在不斷推動。近日，TI公司推出新型超聲波傳感微控制器，助力智能水表的快速發展。

為何用超聲波檢測水表？

傳統的流量計設計中使用的都是機械感測，捕獲葉輪的運動并轉換成數據提供給測量單元，存在的問題是，這些儀表的壽命較短，無法檢測到低流量或小泄露，并且，介質污染、部件的老化都會影響到測量精度。

而超聲波計量方式的工作范圍很寬泛，沒有活動部件的磨損，成本低、需要的維護少，具有高精度測量(可達到<±1%)，使用壽命>10年。不僅如此，還可以實現水質成分的檢測、抗震動、防EMI功能，通信設置的添加更便捷。

用于流量測量的超聲波頻率范圍為100 kHz～4 MHz，使用一定頻率的電脈沖信號激發超聲波傳感器，從而產生相應頻率的超聲波,并使用同一聲波傳輸路徑從兩個對立的方向在不同時段發射聲波，并測量聲波傳輸時間(即上行傳輸時間和下行傳輸時間)。通過計算上下行傳輸時間的絕對時間差，進而計算出實際流量。

MSP430FR6047的集成模擬前端功能強勁

作為感應和測量的超低功耗MSP430 MCU產品組合的一部分，新型MSP430FR6047 MCU可通過測量水流速度測出液體消耗流量，其差速飛行時間<25 ps,高精度測量時間分辨率<5 ps,因此可以檢測到低于1 L/小時的流速。

MSP430FR6047設計出色的地方就是它擁有集成了超聲波感應解決方案的模擬前端，包括：以不同頻率產生脈沖的可編程脈沖發生器PPG；具有低阻抗輸出驅動器的集成PHY，控制輸入和輸出通道；輸出速率可高達8 Msps的12位Sigma-Delta ADC;可編程增益放大器PGA,以及68～80 MHz的高性能PLL。

新型的MSP430FR6047還集成了一個用于高級信號處理的低能量加速器。據TI中國區MSP微控制器業務拓展經理刁勇先生介紹，這個集成的LEA模塊就相當于DSP的性能，它的操作可以獨立于CPU，有4 KB的RAM與CPU共享，其速度是ARM Cortex-M0內核的40倍，功耗非常低。

刁勇先生表示：帶有MSP430FR6047的計量前端功能非常豐富，對于NB-IoT網絡的支持以及水費階梯計價的方式，這樣一顆獨立的MCU就能設計完成。在MSP430FR6047中，集成模塊——超聲波傳感器解決方案后續產品中，信號放大功能還將繼續提高，同時也會對FRAM的容量進行調整。

開發生態系統幫你找到功耗和性能最佳匹配點

MSP430超聲波感應設計中心提供一個全面的開發生態系統，開發人員可利用它在幾個月內讓產品上市。該設計中心提供快速開發和靈活定制的工具，包括軟件庫、圖形用戶界面(GUI)、帶度量衡和數字信號處理(DSP)庫的評估模塊。無需額外的開發工具，即可對管道、流量等各種參數進行評估。此外，這個開發工具可以對電源的性能進行優化配置，達到低功耗目的。這樣便捷的開發生態環境的最終目標就是找到功耗和性能的最佳匹配點。

參考設計助你快速實現智能化

此次發布會上，TI還推出了具有感應傳感能力的新型低功耗水流測量參考設計，它是一種緊湊的解決方案，用于對低功耗機械流量計進行電能測量，延長電池壽命。由單芯片SimpleLink雙頻帶CC1350無線MCU啟用，該參考設計還能夠使設計人員為AMR網絡添加雙頻無線通信。設計人員可以利用參考設計的小尺寸特性，輕松改裝現有機械流量計，使水務公司能夠添加AMR功能，而無需更換已安裝的儀表。CC1350無線MCU在測量水流量時僅消耗4 μA電流，從而延長產品的使用壽命。

另一個新型參考設計是基于SimpleLink Sub-1 GHz CC1310無線MCU的超低功耗解決方案，支持868 MHz頻段內的所有無線M-Bus操作模式。該參考設計可提供一流的功耗和靈活性，支持跨多個地區的無線M-Bus部署。