【方案】无线水气表参考设计之数据的采集/处理/传输模块

时间： 2019-09-03 来源：世强作者：东方的风

自动抄表技术是利用当代微机技术、数字通信技术与水气表计量技术完满结合，集计量、数据采集、处理于一体，将城市居民用水信息加以综合处理的系统，使自来水公司及物业部门从根本上减少人工上门抄表的繁杂劳动强度。准确而便捷的收费系统，既可节省人工又可减少供水部门与客户之间的纠纷，它不但能提高管理部门的工作效率，也适应现代用户对用水缴费的新需求。

智能表从最初的智能卡表到有线远传抄表，至今无线远传抄表已成为主流。无线智能水气表主要由数据采集器、数据处理器和无线传输模块几部分组成。

图1：智能水表方案框图

该方案的数据采集部分采用ACAM的测量芯片TDC-GP22。TDC-GP22几乎集成了超声波水表测量所需的所有功能，如时间和温度测量功能就可由TDC-GP22自动完成，大大简化了系统设计难度；其具有超低的测量功耗：整体功耗仅2.3uA（在时间测量/2秒一次，温度测量/30秒一次的情况下）；可实现管段内气泡检测、空管检测等功能；且只需极少的外围元器件（测量部分仅需2个电容，3个电阻）。

数据处理器则采用SILICON LABS的EFM32PG系列芯片。该系列芯片是世界上功耗最低的Cortex-M4内核芯片，最大速度为40MHz，正常工作时功耗仅60 μA/MHz（能耗模式 0 (EM0)），而低睡眠模式（Sleep-Mode）电流（1.4μA，最低至30nA）和超快速唤醒/休眠转换特性进一步减少了系统整体能耗，并且具有6种工作模式可以进一步优化能耗控制。外加增强的外设反射系统（Peripheral Reflex System，PRS），它能够让低功耗外设自主运行，同时保持MCU内核处于休眠状态，允许可连接设备更长时间地处于休眠状态，从而延长电池使用寿命。该系列MCU还集成了高效率的DC-DC降压型转换器，能够提供总计200mA的电流，除了为MCU供电之外，它还可以为其他系统组件提供电源。这一电源管理创新技术消除了通常所需的片外DC-DC转换器，减少了物料清单（BOM）成本和电路板面积。

无线传输模块选用Silicon Labs的Sub-G芯片Si4438。Si4438是专为中国智能无线抄表系统量身定制的射频芯片，工作频率在425MHz至525MHz之间。此芯片通过其集成片上PA展现出无与伦比的高达+20 dBm的输出功率，拥有出色的接收灵敏度：-124 dBm，同时可实现极低的活动和待机电流消耗。75 mA活动模式TX电流消耗和14 mA的活动RX电流消耗（功率为+20 dBm），加上极低的40 nA待机电流和快速唤醒时间确保了在最严苛的应用中实现更长的电池寿命。高输出功率和灵敏度可实现出色的144dB链路预算，允许扩展范围和高度可靠的通信链路。

TDC-GP22的特点：
• 100% 功能&管脚&寄存器与TDC-GP21兼容（可1:1进行替换）
• 时间测量精度可选，最高可达22ps
• 温度测量精度：2mk rms
• TOF飞行时差的温漂：<0.3ps/k
• 静态电流：<0.1uA@85℃
• 休眠电流：1uA（32K持续工作下）

EFM32PG的特点：
• ARM Cortex-M4 CPU 平台
• 高达 256 kB 的闪存程序内存
• 32 kB RAM 数据内存
• 多达 32 个通用 I/O 引脚
• 硬件加密
• 8 通道 DMA 控制器
• 12 通道周边反射系统 (PRS)
• 丰富的通信接口
• 超低功耗的精度模拟外围设备
• 宽工作范围：1.85 V 到 3.8 V 单电源

Si4438的特点：
• 频率范围：425–525 MHz 频段
• 接收灵敏度：–124 dBm
• 2(G)FSK 和 OOK 调制
• 最大输出功率
--天线处 +20 dBm（匹配网络后）
--0.25 dB 的精细功率步长
• 低活动功耗
• 超低电流断电模式
• 前导码探测模式新
• 数据速率：0.100 到 500 kbps
• 快速唤醒和跳数
• 电源：1.8 V 至 3.6 V
• 出色的阻塞性能
--58 dB 相邻频道
• 针对 >8 MHz 的偏移，阻断增益 > 84 dB
• 集成天线分集和 T/R 开关控制
• 高度可配置的分组处理程序
• TX 和 RX64 字节 FIFO
• 直接 (RAW) 模式操作（数据和时钟在 GPIO 上可用）
• 自动频率控制（AFC）
• 自动增益控制（AGC）

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terrydl Lv9. 科学家 2018-08-17

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