TI新型超声波感应MCU让水表更智能

TI新型超声波感应MCU让水表更智能

本刊记者杨迪娜

日常生活中，家用水表通常是机械式的，容易出现磨损和不准确的情况。由于不适当和不准确的感测和测量，水务公司配送的供水损失高达30%，有超过80%的美国供应商已投资或计划投资智能水的基础设施建设，以提高运营率，并减少损失。纵观全球智能水领域，其市场的营收将从2016年的26亿美元增长到2025年的72亿美元。市场份额扩大的背后，是新技术的力量在不断推动。近日，TI公司推出新型超声波传感微控制器，助力智能水表的快速发展。

为何用超声波检测水表？

传统的流量计设计中使用的都是机械感测，捕获叶轮的运动并转换成数据提供给测量单元，存在的问题是，这些仪表的寿命较短，无法检测到低流量或小泄露，并且，介质污染、部件的老化都会影响到测量精度。

而超声波计量方式的工作范围很宽泛，没有活动部件的磨损，成本低、需要的维护少，具有高精度测量(可达到<±1%)，使用寿命>10年。不仅如此，还可以实现水质成分的检测、抗震动、防EMI功能，通信设置的添加更便捷。

用于流量测量的超声波频率范围为100 kHz～4 MHz，使用一定频率的电脉冲信号激发超声波传感器，从而产生相应频率的超声波,并使用同一声波传输路径从两个对立的方向在不同时段发射声波，并测量声波传输时间(即上行传输时间和下行传输时间)。通过计算上下行传输时间的绝对时间差，进而计算出实际流量。

MSP430FR6047的集成模拟前端功能强劲

作为感应和测量的超低功耗MSP430 MCU产品组合的一部分，新型MSP430FR6047 MCU可通过测量水流速度测出液体消耗流量，其差速飞行时间<25 ps,高精度测量时间分辨率<5 ps,因此可以检测到低于1 L/小时的流速。

MSP430FR6047设计出色的地方就是它拥有集成了超声波感应解决方案的模拟前端，包括：以不同频率产生脉冲的可编程脉冲发生器PPG；具有低阻抗输出驱动器的集成PHY，控制输入和输出通道；输出速率可高达8 Msps的12位Sigma-Delta ADC;可编程增益放大器PGA,以及68～80 MHz的高性能PLL。

新型的MSP430FR6047还集成了一个用于高级信号处理的低能量加速器。据TI中国区MSP微控制器业务拓展经理刁勇先生介绍，这个集成的LEA模块就相当于DSP的性能，它的操作可以独立于CPU，有4 KB的RAM与CPU共享，其速度是ARM Cortex-M0内核的40倍，功耗非常低。

刁勇先生表示：带有MSP430FR6047的计量前端功能非常丰富，对于NB-IoT网络的支持以及水费阶梯计价的方式，这样一颗独立的MCU就能设计完成。在MSP430FR6047中，集成模块——超声波传感器解决方案后续产品中，信号放大功能还将继续提高，同时也会对FRAM的容量进行调整。

开发生态系统帮你找到功耗和性能最佳匹配点

MSP430超声波感应设计中心提供一个全面的开发生态系统，开发人员可利用它在几个月内让产品上市。该设计中心提供快速开发和灵活定制的工具，包括软件库、图形用户界面(GUI)、带度量衡和数字信号处理(DSP)库的评估模块。无需额外的开发工具，即可对管道、流量等各种参数进行评估。此外，这个开发工具可以对电源的性能进行优化配置，达到低功耗目的。这样便捷的开发生态环境的最终目标就是找到功耗和性能的最佳匹配点。

参考设计助你快速实现智能化

此次发布会上，TI还推出了具有感应传感能力的新型低功耗水流测量参考设计，它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，而无需更换已安装的仪表。CC1350无线MCU在测量水流量时仅消耗4 μA电流，从而延长产品的使用寿命。

另一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，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。