【选型】阶梯气价燃气表控制器设计—MCU选型

时间： 2018-04-12 来源：世强

技术问答

一、结构组成与功能

1.1 结构组成

阶梯气价燃气表是以膜式燃气表为基表，加装电子控制器所组成的一种具有阶梯计费功能的燃气计量装置。其控制器由一般由微功耗单片机（MCU）、电压管理模块、存储模块、采样计数模块、声音报警模块、显示模块、IC卡模块、阀门控制模块、和时钟模块组成(如图1所示)。

图1 阶梯气价燃气表结构框图

1.2功能

阶梯气价燃气表具有精确计数、阀门自动处理、数据可靠存储、欠压、掉电处理、数据显示与声音提示、阶梯计费等功能。具体各个组成部分的功能如下：

（1）微功耗单片机（MCU）：整个控制器的核心，所有的控制指令都由其发出；

（2）电源管理：控制器由电池供电，电池没电后由用户更换；

（3）存储：存储余额、历史用量、气价、阶梯信息等数据；

（4）采样计数：采集基表发来的计数脉冲并核减余额；

（5）声音报警：余额不足或电量不足时发出报警声音提示用户；

（6）显示：显示余额和各项功能操作过程信息；

（7）IC卡座：燃气表IC卡插卡接口，用于IC卡数据的读写；

（8）阀门控制：余额不足或电量不足时关闭阀门，用户充值或更换电池后打开阀门；

（9）时钟：阶梯计费的时间基准，燃气表外部电池没电时靠内部锂电池维持其继续工作。

二、MCU需求

在阶梯气价燃气表控制器里面，最核心的器件就是MCU，可以说选择一款合适的MCU直接关系到整个系统设计的成败。

在笔者参与的该项目中，系统对MCU要求具有如下一些主要的功能：

1）需要选用16位MCU，并且主频需要在16MHz以上；
2）Flash的大小在128（KB）～256（KB），需要内置加密算法及预留空间；
3）要求内置EEPROM的功能，可擦写次数不少于10万次；需要2（KB）大小。用于存储程序和余额、历史用量、气价、阶梯等信息；其中历史用量为最大的存储需求，因用户买气或者燃气公司安检人员上门才可以导出用气记录，所以要求存储1年每一天的阶梯用气信息。以3阶梯为例计算，每天存储信息大小如下： 1字节（月）+1字节（日）+日用气量（3字节）共7个字节。5（KB）*31（天）*12（月）=1.86（KB）。

4）GPIO大于50个；

5）支持TIMER；
6）支持IIC、UART接口（预留外部模块接口）；

7）支持RTC，电源引脚独立，外部电池掉电，可以用燃气表内部电池维持时钟继续工作；
8）支持的AD输入，用于电压检测；
9）支持低功耗模式，MCU在低功耗时的电流小于20uA；
10）支持ISO 7816，用于IC卡通讯；
11）支持LCD驱动，至少4*32段；
12）工作温度范围至少包含燃气表标准规定的使用范围-20℃～+60℃。

针对上述要求，最终我们选择了瑞萨电子的RL78/I1C系列的R5F10NMGDFB#30产品。经过对功能的比较确认，这款MCU可以很好的满足控制器对MCU的要求。

R5F10NMGDFB#30具体相关参数如下：

1）内置24MHz（±1%）；
2）Flash 128 KB；
3）EEPROM 2（KB）；
4）GPIO 52个；
5）TIMERS（16-bit）8个；
6）IIC 1个、UART 3个；

7）支持RTC，电源引脚独立；

8） ADC 24bit △AD *4路，10-bit SAR*6路；

9）低功耗模式：平均功耗70uA/MHz，STOP:0.65uA，32.768k:1.13uA， RTC:0.7uA；

10）支持ISO 7816；

11）支持LCD驱动 4*42/8*38；
12）温度范围支持-40℃～85℃。

同时，这个系列的产品在Flash大小和引脚数等方面也都有很好的扩展性，可以升级为100pin，Flash 256 KB。对于以后其它项目的推广也有很好的移植性。

在阶梯气价燃气表控制器的设计中，一开始的关键器件的选择就会尤为重要。选择一款合适的 MCU，可以说对于每个设计者来说都是一劳永逸的事情。

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xingwangjy Lv4. 资深工程师 2018-11-10

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terrydl Lv9. 科学家 2018-04-12

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碧水孤鹜 Lv8. 研究员 2018-04-12

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