一種簡單的電子公用儀表解決方案(05-100)

　　先進(jìn)的計費方式

　　電子儀表已經(jīng)可以根據(jù)使用時段(Time of Use，TOU)分時計費了。TOU分別設(shè)定高峰期(使用率較高)和非高峰期(使用率較低)時段。TOU收費有多種好處。首先，如果用戶在非高峰期使用，則可以享受較低的價格。其次，由于高峰期的用戶要支付較高的使用價格，TOU計費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計費有助于分流高峰期的使用需求，在用戶需求不斷增長的情況下保持一種穩(wěn)定的容量。要想實現(xiàn)TOU計費，儀表內(nèi)部需要設(shè)置實時時鐘和日歷(Real TimeClock and Calendar，RTCC)，全天跟蹤用戶的使用情況。電子儀表通過軟件或者使用外部設(shè)備很容易實現(xiàn)RTCC功能。

　　最新出現(xiàn)的計費方式是預(yù)付費。這一功能主要是在電表中實現(xiàn)的。用戶可以使用磁卡提前購買一定的電量，然后將磁卡插入電表中，使電表在一定的時間段內(nèi)向指定的負(fù)載供電。預(yù)付費方式降低了公用事業(yè)公司計費和抄表的成本，也有助于幫助用戶計劃每月的開支。

　　所有上述的收費方式都是建立在公用儀表基本功能基礎(chǔ)之上的。這樣看來儀表的研發(fā)時間似乎要增加了，因為研發(fā)包括兩個部分：基本的儀表功能，以及防篡改、AMR、安全性和計費方式等新增功能。接下來，本文要介紹如何把基本的儀表功能設(shè)計簡化為一個簡單的脈沖計數(shù)器，而將主要工作放在用戶接口的設(shè)計上。大部分MCU都能夠通過內(nèi)部定時器對I/O引腳的外部時鐘輸入進(jìn)行計數(shù)。某些MCU的定時器能夠在低功耗模式下進(jìn)行計數(shù)，而當(dāng)定時器溢出時喚醒器件。這種功能非常靈活，因為氣表、水表和熱表可能沒有本地電源，而是采用電池進(jìn)行供電。

　　氣表和水表

　　氣表和水表是設(shè)計起來最簡單的儀表。這兩種表都采用機(jī)械裝置來測量氣流或水流，它們的輸出通常是一個旋轉(zhuǎn)軸(氣表中)或者一個旋轉(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帶槽的圓盤和一個能夠輸出脈沖流的反光器。每個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)磁鐵通過的時候，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)部計數(shù)器的時鐘輸入端。氣表和水表設(shè)計中的一大挑戰(zhàn)就是它們附近一般都沒有交流電源。這意味著必須用電池或太陽能供電。太陽能電池十分昂貴，會額外增加安裝儀表的機(jī)械成本。本文的設(shè)計方案采用一個低功耗MCU，它能夠?qū)γ}沖進(jìn)行計數(shù)，周期性地將數(shù)據(jù)保存到非易失性存儲器中，每月上傳一次計費信息。圖2中給出的實例是采用了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)動顯示168個像素。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。