当智能电表在电力系统中正如火如荼的大发展时，水表也在朝向智能化、全电子的方向快速发展。一方面因为全球水资源的短缺迫使政府重视节水和水量控制，另一方面也源于现代工业技术的发展成熟使得智能水表的实现成为可能。

　　水表技术的创新发展是实现用水智能测量的重要武器。超声波水表是采用超声波时差原理，采用工业级电子元器件制造而成的全电子水表。利用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波，通过检测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的这种间接测量方法—超声波测量，使智能水表变为现实。

　　图1：超声波时差法测量原理示意图

　　与传统机械式水表相比较，精度高、可靠性好、量程比宽、寿命长、无活动部件、任意角度安装、更换非常灵活等都是超声波水表所具有的重要优势：

　　• 精度高：测量的分辨率高，识别非常小流量;

　　• 可靠性好：超声波回波测量更加稳定可靠;

　　• 量程比宽：始动流量非常小(< 2 L/h)，微小变化可以获知;

　　• 寿命长：尽管测量速度很快，但还是可以拥有非常长的使用寿命;

　　• 无活动部件：不影响流体特性，测量性能更加优越;

　　• 更换非常灵活：更换非常简单，无需断管网。

　　低功耗MCU助力超声波水表突破功耗瓶颈

　　电子智能水表应用中功耗至关重要的问题，水表应用的标准要求水表的电池至少6年不能更换，这对整个系统的功耗提出了苛刻的要求，也是一直制约着超声波水表发展的原因。下图为低功耗超声波水表方案的系统框图，主要由TDC-GP30和EFM32TG840组成。

　　图2：低功耗超声波水表方案的系统框图

　　由于系统中控制器通常是耗电大户，所以要降低整个系统的功耗，超低功耗的MCU是必需的。Cortex M3相对ARM7来说性能相当，但功耗低很多，灵活性也大，特别适合电池供电的产品开发，也被业界普遍认为是用于替换8位MCU市场的首选32位MCU。Silicon Labs的EFM32TG系列是基于Cortex M3内核的堪称业界最高能效MCU芯片，其独有的LESENSE低功耗传感器接口和PRS外围反射系统使得设计很灵活，带有低功耗的LCD接口，封装也很小，特别适合低功耗表计和各类LCD手持/便携终端设备。EFM32TG840内部框图如下：

　　图3：EFM32TG840内部框图

　　EFM32系列单片机通过许多关键性创新来降低功耗。例如PRS系统，可以在MCU睡眠的情况下，外设与外设之间自主进行交流和工作，低功耗LETIMER及LEUART，可以在深度睡眠模式下工作。与其他32位MCU相比，其集成的高效率DC-DC转换器可以实现系统功耗降低40%，电池寿命提高60%!其休眠模式下功耗比同类竞争对手低5-10倍(最低休眠电流可低至20nA)，工作模式下功耗比同类竞争对手低33%。

　　增强型直接存储器存取(DMA)可以降低90%协议相关功耗，RAM和寄存器保持状态能够在2μs内快速唤醒。该系列MCU产品还具有专利技术LCD控制器，其电荷再分配架构能够在不影响性能的情况下降低约40%显示器功耗。正是EFM32TG840的这些低功耗特性才使得超声波水表的电池能够8年不用更换成为可能。

　　除了低功耗水表专用的MCU，世 强还可以提供业内先进的超声波流量测量芯片。

　　简化超声波水表设计的新一代超声波流量仪

　　TDC-GP30是超声波流量测量新的一步，它大大简化了超声波和热水仪的设计，而且对于节省能源的新一代的超声波流量仪表是非常重要的。弱电性能容许标准的2/3AA或者AA锂亚硫酰氯电池保持6-8HZ的频率下使用，即使在水表中也可以使用。TDC-GP30是容许你在一片IC上执行所有测量任务的系统芯片。

　　TDC-GP30功能特点如下：

　　• 非常容易适应超声波和热水仪的二芯片解决方案

　　• 单个芯片适用于很多工业应用或者纯流量应用部分

　　• 所有的流量和温度运算已经由GP30完成

　　• 外接的up仅仅用于表面的接口和其他一些通用的任务

　　• 综合的标准的脉冲式接口使以热量和水流量仪表为基础的TDC-GP30替代了一对一的机械流量仪表

　　图4：TDC-GP30产品框图

　　获取更多方案及产品信息可联系世 强。

　　相关元件供应

　　型号：EFM32TG840F32-QFN64       品牌;SILICON LABS

　　型号：TDC-GP30-F01                       品牌;AMS

　　型号：EFM32TG840F32-QFN64T     品牌;SILICON LABS

       EFM32TG840F32

　　•ARM Cortex-M3 CPU platform

　　•High Performance 32-bit processor @ up to 32 MHz•Wake-up Interrupt Controller

　　•Flexible Energy Management System•20 nA @ 3 V Shutoff Mode

　　•0.6 µA @ 3 V Stop Mode, including Power-on Reset, Brown-outDetector, RAM and CPU retention

　　•1.0 µA @ 3 V Deep Sleep Mode, including RTC with 32.768 kHzoscillator, Power-on Reset, Brown-out Detector, RAM and CPUretention

　　•51 µA/MHz @ 3 V Sleep Mode

　　•150 µA/MHz @ 3 V Run Mode, with code executed from flash•32/16/8 KB Flash•4/4/2 KB RAM

　　•56 General Purpose I/O pins

　　•Configurable push-pull, open-drain, pull-up/down, input filter, drivestrength

　　•Configurable peripheral I/O locations•16 asynchronous external interrupts

　　•Output state retention and wake-up from Shutoff Mode•8 Channel DMA Controller

　　•8 Channel Peripheral Reflex System (PRS) for autonomous in-ter-peripheral signaling

　　•Hardware AES with 128/256-bit keys in 54/75 cycles•Timers/Counters

　　•2× 16-bit Timer/Counter

　　•2×3 Compare/Capture/PWM channels•16-bit Low Energy Timer•1× 24-bit Real-Time Counter•1× 16-bit Pulse Counter

　　•Watchdog Timer with dedicated RC oscillator @ 50 nA•Integrated LCD Controller for up to 8×20 segments

　　•Voltage boost, adjustable contrast and autonomous animation

　　•Communication interfaces

　　•2× Universal Synchronous/Asynchronous Receiv-er/Transmitter

　　•UART/SPI/SmartCard (ISO 7816)/IrDA/I2S•Triple buffered full/half-duplex operation•Low Energy UART

　　•Autonomous operation with DMA in Deep SleepMode•I2

　　C Interface with SMBus support•Address recognition in Stop Mode

　　•Ultra low power precision analog peripherals•12-bit 1 Msamples/s Analog to Digital Converter•8 single ended channels/4 differential channels•On-chip temperature sensor

　　•12-bit 500 ksamples/s Digital to Analog Converter•2× Analog Comparator

　　•Capacitive sensing with up to 8 inputs•3× Operational Amplifier

　　•6.1 MHz GBW, Rail-to-rail, Programmable Gain•Supply Voltage Comparator

　　•Low Energy Sensor Interface (LESENSE)

　　•Autonomous sensor monitoring in Deep Sleep Mode•Wide range of sensors supported, including LC sen-sors and capacitive buttons

　　•Ultra efficient Power-on Reset and Brown-Out Detec-tor

　　•2-pin Serial Wire Debug interface•1-pin Serial Wire Viewer

　　•Pre-Programmed UART Bootloader•Temperature range -40 to 85 ºC•Single power supply 1.85 to 3.8 V•QFN64 package