华大电子CIU32安全MCU在智能水表上的应用

智能水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。传统水表一般只具有流量采集和机械指针显示用水量的功能，与传统水表相比，智能水表作为智能化联网工具，是对传统水表的升级，依靠Nb-loT、LoRa等通信技术连接和组网，实现了高效智能化的管理。

华大电子以Arm 32位为内核的系列安全MCU产品，可同时满足智能水表的联网通信技术和多种现代传感技术要求。产品主要应用领域包括智能水表、便携医疗、智能门锁及其他电池供电的低功耗场景。

华大电子面向智能水表的应用场景和业务功能，设计开发了基于CIU32L041超低功耗安全MCU的智能水表解决方案。

方案介绍

智能水表解决方案硬件原理框图如下：

图1 智能水表解决方案硬件框图

图2 超声波计量方式智能水表解决方案硬件

以上图为例，超声波计量方式的智能水表解决方案硬件主要由控制主板、超声波计量板、换能器管道、电池组和阀门电机五部分组成。

图3 控制主板硬件

除了超声波计量方式，智能水表控制主板还可兼容多种现代传感计量方式，如图2所示的各种传感器接口包括：霍尔、无磁、光电直读等计量传感接口。

控制主板上配置有NB-IOT模块用于与总站后台进行远程通信。

远程通信流程如下：

图4 远程抄表信息交互流程

水表通过CIU32L041安全MCU内部实时时钟RTC定时唤醒，每日定时与水务公司后台总站进行信息交互，同步表信息，以实现远程抄表、充值及查询功能。

方案特点

• 支持霍尔、无磁、光电直读和超声波四种流量计量方式，其中超声波传感器可通过LPUART唤醒MCU，波特率可达9600bps
  

• 整机待机，维持LCD显示，工作电流平均可低至10uA

• NB-IOT通讯，可实现远程抄表、充值

• 低功耗模式下实时监测电池电量，低电量自动关阀

• VBAT模式下RTC走时与备份寄存器保持，可采用纽扣电池供电，省去小锂电池用作备用电源的成本

CIU32L041安全MCU

智能水表解决方案主控芯片为华大电子CIU32L041，基于Arm内核，最高频率可达48MHz。该产品具有超低功耗、高集成度、高可靠性、高安全的特点。内部集成LCD、ADC、VREFBUF、低功耗COMP、多种定时器、多个USART/I2C/SPI 等丰富的外设资源，支持SM4 安全加密算法。

产品特点

• VBAT备份电源自动切换，VBAT模式+RTC+备份寄存器的功耗低至1μA，降低备份电源的电池容量需求，节约电池成本

• 多达56个fast IO，防倒灌且兼容5V通信，其中高驱IO可达20mA

• 最大支持8COM x 32SEG LCD控制器

  – 片内电阻分压，高低驱可动态切换，低功耗下提升显示效果，免外部电容

  – 内置电荷泵，VLCD电压可高于VDD且不随VDD变化，即使VDD抖动依旧保持良好显示效果

• 内部高精度高速时钟，全温度变化小于±2%，免外部晶体

• 12位1.14 Msps高精度ADC，可测量高输出阻抗信号

• 内部参考电压源VREFBUF，为ADC提供参考电压，支持2.048V、2.5V，可通过IO输出

• RTC校准精度±0.477ppm，支持闹钟、时间戳、微秒级单位的唤醒定时器，支持温度补偿