【应用】基于16位超低功耗MCU R7F0C019的NB-IoT智能燃气表设计

时间： 2018-05-15 来源：世强

抄表从传统的入户抄表逐步发展为RS485集中抄表，到后来的Sub-G小无线抄表、GPRS抄表等一系列的技术革新很好的解决了集中抄表效率问题。虽然现在市场上无线抄表占有大部分市场，也具有一定的优势，比如功耗低、维护费用低等优点。但是无线抄表依然存在一些无法解决的问题，需要提供采集器，集中器，组网效率低，范围窄。而GPRS抄表虽然无需集中器采集器等，但其功耗高，需要产品增大电池容量和超级电容，产品成本难控制。采用NB-IoT技术解决了无线表和GPRS表的缺点，无需布设基站、功耗适中、组网效率高、容量大等特点，虽然目前成本上来看还偏高，但根据几家运营商的趋势来看，补贴后成本会比GPRS表低，比Sub-G小无线表稍高，但是维护成本却低很多。主要是本文简述了RENESAS 16位单片机R7F0C019的电路设计，通过该单片机在NB-IoT燃气表上的使用，使得产品达到预期的目标。

NB-IoT智能燃气表是以膜式燃气表为计量基表，加装流量信号采集模块、NB-IoT无线模块、阀门控制模块、电源模块、单片机电路组成。流量信号采集模块采集基表的流量信号，单片机读取流量信号处理后存储到外部存储器中，定时通过NB-IoT模块向服务发送采集到的数据。

在NB-IoT智能燃气表设计应用上，瑞萨电子的R7F0C019超低功耗MCU在产品中承担了主控的角色。R7F0C019系列微控制器采用了RL78内核，集成了智能LCD控制器/驱动器，直接驱动段码液晶，非常低的功耗，丰富的外设，非常适合三表类产品使用。下图为基于R7F0C019的NB-IoT智能燃气表原理框图：

图1：基于R7F0C019的NB-IoT智能燃气表框图

Renesas 16位单片机R7F0C019的特点

• 超低功耗 16bit RL78 CPU 内核

• VDD=1.6～5.5V的单电源，能以1.8V的低电压运行，

• 内部RAM：4KB

• 代码闪存：64KB

• 高速内部振荡器

• 可从24MHz/16MHz/12MHz/8MHz/6M/4MHz/3MHz/2MHz和1MHz中选择

• 高精度±1.0% （VDD=1.8～5.5V、TA=-20～+85°C）

• 乘法器和除法器 / 乘法累加器

• CSI： 2个通道

• UART/UART ：(支持LIN-bus): 3、4个通道 / 1个通道

• I2C/简易I2C通信: 1个通道 / 2个通道

• 实时时钟2 (高精度 1 Hz 输出功能)：1个通道（日历-99年、报警功能、和时钟校正功能）

• LCD控制器/驱动器

• 段信号输出：36 (32)

• 公共信号输出：4 (8)

• 能进行内部升压和外部电阻分割的切换

• I/O端口：49个（N沟道漏极开路输入/输出[6V耐压]：2个，N沟道漏极开路输入/输出[VDD耐压]：12～18个）

图2：R7F0C019框图

R7F0C019电源为一个引脚供电，简化了电源电路，只需要在电源脚外挂一个0.1uf电容即可。单片机内置高速和低速时钟振荡器，外部晶振可不需要。程序下载和仿真采用四线接口，连接电源，地、RESET和TOOL脚即可。

图3：R7F0C019最小系统图

R7F0C019具有串口唤醒功能，内置高速时钟精度±1%，满足工业级全温度范围通讯要求。内置RTC模块，无需外挂RTC。超低功耗达到1uA，满足低功耗要求。集成度高，简化产品设计，降低产品成本。非常适合NB-IoT气表的应用。

基于R7F0C019丰富的资源，高效的性能，超低的功耗，使得其非常适合应用于家用电器，医疗保健设备以及其他消费电子产品。

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sdlibin007 Lv7. 资深专家 2018-11-06

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