標價249美元，這款智能水表開發(fā)板讓“偷水者”傻眼了

作者： 2017年11月02日 來源：中國儀表網(wǎng) 瀏覽量：
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【中國儀表網(wǎng)儀表產(chǎn)業(yè)】計量，屬于直接觸動人們切身利益，且非常敏感的行為。例如，日常買賣中的計量器具是否準確，家用電表、煤氣表和水表是否合格，以至公共交通的時刻是否準確等，都會對人們的生活產(chǎn)生一定的影響
【中國儀表網(wǎng) 儀表產(chǎn)業(yè)】計量，屬于直接觸動人們切身利益，且非常敏感的行為。例如，日常買賣中的計量器具是否準確，家用電表、煤氣表和水表是否合格，以至公共交通的時刻是否準確等，都會對人們的生活產(chǎn)生一定的影響。以最為常見的水表為例，全球目前共部署水表約15億塊，但由于不適當和不準確的感測和測量，僅水務(wù)公司每年配送的供水損失就高達30%。
 

德州儀器(TI)中國區(qū)MSP微控制器業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理刁勇
 
　　“將機械水表替換為更精準的超聲波傳感器測量水表的呼聲日益高漲。據(jù)我們了解，很多新開盤的房產(chǎn)項目都采用了超聲波水表，這是未來的新趨勢。”德州儀器(TI)中國區(qū)MSP微控制器業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理刁勇提供的數(shù)據(jù)顯示，僅在美國，超過80%的供應(yīng)商已投資或計劃投資智能水基礎(chǔ)設(shè)施，以提高運營效率并減少水損失。而全球智能水網(wǎng)絡(luò)市場的營收也有望從2016年的26億美元增長到2025年的72億美元。
 
　　使用超聲波技術(shù)進行流量計量
 
　　在當前大部分流量計的設(shè)計中，其活動部件都會使用機械感測，例如使用電感電容器(LC)、巨磁電阻(GMR)、隧道式磁阻(TMR)或霍爾效應(yīng)傳感器捕獲螺旋槳或葉輪的運動，該運動根據(jù)流量而變化，并被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)并傳遞給測量單元。因為有活動部件，所以可能會出現(xiàn)磨損和不準確的情況。
 
　　這些儀表的壽命普遍較短(不到7年)，并且不能檢測到低流量或小泄漏。同時，介質(zhì)污染、污垢積聚以及部件的結(jié)垢和老化也會影響測量精度，很可能導(dǎo)致傳感器結(jié)果不準確，因此還需要定期對流量計進行重新校準。
 
　　刁勇認為超聲波傳感可以有效避免上述問題的發(fā)生。理由包括：傳感技術(shù)非常精確(<±1%)，具有較長使用壽命(> 10年)，可以方便地檢測不同成分的液體或氣體，并調(diào)整介質(zhì)和管道腐蝕污染的影響。超聲波儀表沒有活動部件，因此無需重新校準。
 
　　從技術(shù)角度來看，用于流量測量的超聲波頻率范圍為100kHz至4MHz。使用一定頻率的電脈沖信號激發(fā)超聲波傳感器從而產(chǎn)生相應(yīng)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(fā)射聲波并測量聲波傳輸時間(Time of flight)。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。
 
　　安裝在流管內(nèi)部或外部的一對或多對超聲波傳感器可以用來測量TOF。下圖所示為簡易的超聲波測量原理和一些常見的超聲波傳感器布置拓撲。超聲波傳感器的選擇取決于待測流體的介質(zhì)類型。通常，待測流體為液體時使用頻率大于等于1MHz的超聲波傳感器，待測流體為氣體時使用頻率小于等于500kHz的超聲波傳感器。
 

20171101-TI-1超聲波測量原理和常見的超聲波傳感器布置拓撲
 
　　TOF測量的精確度將直接影響流量計量的分辨率和精度。TOF通常以皮秒(ps)或納秒(ns)計量，它的主要參數(shù)包括零流量漂移(ZFD)、標準偏差(STD)、最小和最大可檢測流量、流量、流速、體積、絕對值(Abs)TOF和Delta(Δ)TOF，國際標準化組織(ISO)4064、國際法制計量組織(OIML)R49和歐洲標準(EN)1434是流量表行業(yè)最常見的標準。
 
　　一款真正意義上的集成式SoC
 
　　與同樣龐大的電表市場不同，水務(wù)公司通常是本地化的，規(guī)模遠遠小于電力公司。與完成智能電表安裝相比，自動儀表讀數(shù)(AMR)模塊和標準無線通信網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使得部署成本更加低廉，能夠幫助水務(wù)公司在網(wǎng)絡(luò)運行的基礎(chǔ)上有效降低運營成本。
 
　　MSP430FR6047是TI日前針對更精確的水表計量和遠程抄表需求而推出的微控制器系列，帶有集成超聲波感應(yīng)模擬前端，能夠提高智能水表的精度并降低其能耗。刁勇認為這是一款真正意義上的集成式SoC，開發(fā)人員能夠利用完整的波形捕獲功能和基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號處理功能，為流量計增加更多智能特性。
 
　　該器件的零漂平均值為25皮秒或更低，標準差為32皮秒或更低，因此可以檢測到低于1升/小時的流速，相當于以前的滴漏損耗也可以計量。高集成架構(gòu)可以將水表系統(tǒng)組件數(shù)量減少50%，功耗降低25%，據(jù)稱可在不為電池充電的情況下，確保水表能夠運行10年或更長時間。此外，新型MCU還集成了一個用于高級信號處理的低能量加速器模塊、256KB的鐵電隨機存取存儲器、液晶顯示器驅(qū)動器和計量測試接口。
 
　　與MSP430FR6047同步推出的還包括兩款新型參考設(shè)計，可以更輕松地設(shè)計模塊，為現(xiàn)有機械水表新增自動抄表功能。
 
　　第一種由單芯片SimpleLink雙頻帶CC1350無線MCU啟用，該參考設(shè)計還能夠使設(shè)計人員為AMR網(wǎng)絡(luò)添加雙頻無線通信。設(shè)計人員可以利用參考設(shè)計的小尺寸特性，輕松改裝現(xiàn)有機械流量計，使水務(wù)公司能夠添加AMR功能，同時無需更換已安裝的儀表。CC1350無線MCU在測量水流量時僅消耗4uA電流，從而延長了產(chǎn)品的使用壽命。
 
　　第二個新型參考設(shè)計是基于SimpleLink Sub-1GHz CC1310無線MCU的超低功耗解決方案。低功耗無線M-Bus通信模塊參考設(shè)計采用TI的無線M-Bus軟件堆棧，并支持868 MHz頻段內(nèi)的所有無線M-Bus操作模式。該參考設(shè)計可提供一流的功耗和靈活性，支持跨多個地區(qū)的無線M-Bus部署。
 
　　MSP430超聲波感應(yīng)設(shè)計中心提供快速開發(fā)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(shù)字信號處理庫的評估模塊，開發(fā)人員可利用它在幾個月內(nèi)讓產(chǎn)品上市。
 
　　對于是否支持目前極為火熱的NB-IoT標準，刁勇表示，由于NB-IoT研發(fā)投入巨大，TI暫時還未納入考慮，下一代新產(chǎn)品將以提高ADC精度(以便測量氣體)和降低FRAM容量(降低成本)為重點。
 
　　(原標題：標價249美元，這款智能水表開發(fā)板讓“偷水者”傻眼了)
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