一種簡(jiǎn)單的電子公用儀表解決方案(05-100)

　　先進(jìn)的計(jì)費(fèi)方式

　　電子儀表已經(jīng)可以根據(jù)使用時(shí)段(Time of Use，TOU)分時(shí)計(jì)費(fèi)了。TOU分別設(shè)定高峰期(使用率較高)和非高峰期(使用率較低)時(shí)段。TOU收費(fèi)有多種好處。首先，如果用戶(hù)在非高峰期使用，則可以享受較低的價(jià)格。其次，由于高峰期的用戶(hù)要支付較高的使用價(jià)格，TOU計(jì)費(fèi)方式很自然地就在較大程度上降低了高峰期的使用。鋪設(shè)新的公用基礎(chǔ)設(shè)施的投資是相當(dāng)高的。TOU計(jì)費(fèi)有助于分流高峰期的使用需求，在用戶(hù)需求不斷增長(zhǎng)的情況下保持一種穩(wěn)定的容量。要想實(shí)現(xiàn)TOU計(jì)費(fèi)，儀表內(nèi)部需要設(shè)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘和日歷(Real TimeClock and Calendar，RTCC)，全天跟蹤用戶(hù)的使用情況。電子儀表通過(guò)軟件或者使用外部設(shè)備很容易實(shí)現(xiàn)RTCC功能。

　　最新出現(xiàn)的計(jì)費(fèi)方式是預(yù)付費(fèi)。這一功能主要是在電表中實(shí)現(xiàn)的。用戶(hù)可以使用磁卡提前購(gòu)買(mǎi)一定的電量，然后將磁卡插入電表中，使電表在一定的時(shí)間段內(nèi)向指定的負(fù)載供電。預(yù)付費(fèi)方式降低了公用事業(yè)公司計(jì)費(fèi)和抄表的成本，也有助于幫助用戶(hù)計(jì)劃每月的開(kāi)支。

　　所有上述的收費(fèi)方式都是建立在公用儀表基本功能基礎(chǔ)之上的。這樣看來(lái)儀表的研發(fā)時(shí)間似乎要增加了，因?yàn)檠邪l(fā)包括兩個(gè)部分：基本的儀表功能，以及防篡改、AMR、安全性和計(jì)費(fèi)方式等新增功能。接下來(lái)，本文要介紹如何把基本的儀表功能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單的脈沖計(jì)數(shù)器，而將主要工作放在用戶(hù)接口的設(shè)計(jì)上。大部分MCU都能夠通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器對(duì)I/O引腳的外部時(shí)鐘輸入進(jìn)行計(jì)數(shù)。某些MCU的定時(shí)器能夠在低功耗模式下進(jìn)行計(jì)數(shù)，而當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)喚醒器件。這種功能非常靈活，因?yàn)闅獗?、水表和熱表可能沒(méi)有本地電源，而是采用電池進(jìn)行供電。

　　氣表和水表

　　氣表和水表是設(shè)計(jì)起來(lái)最簡(jiǎn)單的儀表。這兩種表都采用機(jī)械裝置來(lái)測(cè)量氣流或水流，它們的輸出通常是一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(氣表中)或者一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁鐵(水表中)。圖2給出了氣表的結(jié)構(gòu)框圖。氣表的輸出軸上有一個(gè)帶槽的圓盤(pán)和一個(gè)能夠輸出脈沖流的反光器。每個(gè)脈沖表示一定量的氣流。水表內(nèi)部通常采用旋轉(zhuǎn)磁鐵和霍耳效應(yīng)傳感器，每當(dāng)磁鐵通過(guò)的時(shí)候，這種傳感器就能夠產(chǎn)生輸出脈沖。氣表和水表的脈沖流都可以連接到MCU內(nèi)部計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端。氣表和水表設(shè)計(jì)中的一大挑戰(zhàn)就是它們附近一般都沒(méi)有交流電源。這意味著必須用電池或太陽(yáng)能供電。太陽(yáng)能電池十分昂貴，會(huì)額外增加安裝儀表的機(jī)械成本。本文的設(shè)計(jì)方案采用一個(gè)低功耗MCU，它能夠?qū)γ}沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，周期性地將數(shù)據(jù)保存到非易失性存儲(chǔ)器中，每月上傳一次計(jì)費(fèi)信息。圖2中給出的實(shí)例是采用了Microchip公司的PIC16F9xx系列MCU。這一系列的MCU擁有4～8KB的Flash程序存儲(chǔ)器、最多336字節(jié)的RAM、256字節(jié)的數(shù)據(jù)EEPROM，內(nèi)置8MHz的晶振、10位A/D，具有I2C、SPI、USART接口，能夠驅(qū)動(dòng)顯示168個(gè)像素。這些功能再加上低功耗特性(休眠模式下典型電流O.5uA，1MHz下典型電流為190uA)使得這種MCU十分適用于采用電池供電的氣表和水表。