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　　計(jì)量，屬于直接觸動(dòng)人們切身利益，且非常敏感的行為。例如，日常買(mǎi)賣(mài)中的計(jì)量器具是否準(zhǔn)確，家用電表、煤氣表和水表是否合格，以至公共交通的時(shí)刻是否準(zhǔn)確等，都會(huì)對(duì)人們的生活產(chǎn)生一定的影響

2017-11-01 16:19:31 · 中國(guó)儀表網(wǎng) 閱讀：257
　　計(jì)量，屬于直接觸動(dòng)人們切身利益，且非常敏感的行為。例如，日常買(mǎi)賣(mài)中的計(jì)量器具是否準(zhǔn)確，家用電表、煤氣表和水表是否合格，以至公共交通的時(shí)刻是否準(zhǔn)確等，都會(huì)對(duì)人們的生活產(chǎn)生一定的影響
　　計(jì)量，屬于直接觸動(dòng)人們切身利益，且非常敏感的行為。例如，日常買(mǎi)賣(mài)中的計(jì)量器具是否準(zhǔn)確，家用電表、煤氣表和水表是否合格，以至公共交通的時(shí)刻是否準(zhǔn)確等，都會(huì)對(duì)人們的生活產(chǎn)生一定的影響。以最為常見(jiàn)的水表為例，全球目前共部署水表約15億塊，但由于不適當(dāng)和不準(zhǔn)確的感測(cè)和測(cè)量，僅水務(wù)公司每年配送的供水損失就高達(dá)30%。
 

德州儀器(TI)中國(guó)區(qū)MSP微控制器業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理刁勇
 
　　“將機(jī)械水表替換為更精準(zhǔn)的超聲波傳感器測(cè)量水表的呼聲日益高漲。據(jù)我們了解，很多新開(kāi)盤(pán)的房產(chǎn)項(xiàng)目都采用了超聲波水表，這是未來(lái)的新趨勢(shì)。”德州儀器(TI)中國(guó)區(qū)MSP微控制器業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理刁勇提供的數(shù)據(jù)顯示，僅在美國(guó)，超過(guò)80%的供應(yīng)商已投資或計(jì)劃投資智能水基礎(chǔ)設(shè)施，以提高運(yùn)營(yíng)效率并減少水損失。而全球智能水網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)的營(yíng)收也有望從2016年的26億美元增長(zhǎng)到2025年的72億美元。
 
　　使用超聲波技術(shù)進(jìn)行流量計(jì)量
 
　　在當(dāng)前大部分流量計(jì)的設(shè)計(jì)中，其活動(dòng)部件都會(huì)使用機(jī)械感測(cè)，例如使用電感電容器(LC)、巨磁電阻(GMR)、隧道式磁阻(TMR)或霍爾效應(yīng)傳感器捕獲螺旋槳或葉輪的運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)根據(jù)流量而變化，并被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)并傳遞給測(cè)量單元。因?yàn)橛谢顒?dòng)部件，所以可能會(huì)出現(xiàn)磨損和不準(zhǔn)確的情況。
 
　　這些儀表的壽命普遍較短(不到7年)，并且不能檢測(cè)到低流量或小泄漏。同時(shí)，介質(zhì)污染、污垢積聚以及部件的結(jié)垢和老化也會(huì)影響測(cè)量精度，很可能導(dǎo)致傳感器結(jié)果不準(zhǔn)確，因此還需要定期對(duì)流量計(jì)進(jìn)行重新校準(zhǔn)。
 
　　刁勇認(rèn)為超聲波傳感可以有效避免上述問(wèn)題的發(fā)生。理由包括：傳感技術(shù)非常精確(<±1%)，具有較長(zhǎng)使用壽命(> 10年)，可以方便地檢測(cè)不同成分的液體或氣體，并調(diào)整介質(zhì)和管道腐蝕污染的影響。超聲波儀表沒(méi)有活動(dòng)部件，因此無(wú)需重新校準(zhǔn)。
 
　　從技術(shù)角度來(lái)看，用于流量測(cè)量的超聲波頻率范圍為100kHz至4MHz。使用一定頻率的電脈沖信號(hào)激發(fā)超聲波傳感器從而產(chǎn)生相應(yīng)頻率的超聲波，并使用同一聲波傳輸路徑從兩個(gè)對(duì)立的方向在不同時(shí)段發(fā)射聲波并測(cè)量聲波傳輸時(shí)間(Time of flight)。通過(guò)計(jì)算上下行傳輸時(shí)間的絕對(duì)時(shí)間差，進(jìn)而計(jì)算出實(shí)際流量。
 
　　安裝在流管內(nèi)部或外部的一對(duì)或多對(duì)超聲波傳感器可以用來(lái)測(cè)量TOF。下圖所示為簡(jiǎn)易的超聲波測(cè)量原理和一些常見(jiàn)的超聲波傳感器布置拓?fù)?。超聲波傳感器的選擇取決于待測(cè)流體的介質(zhì)類(lèi)型。通常，待測(cè)流體為液體時(shí)使用頻率大于等于1MHz的超聲波傳感器，待測(cè)流體為氣體時(shí)使用頻率小于等于500kHz的超聲波傳感器。
 

20171101-TI-1超聲波測(cè)量原理和常見(jiàn)的超聲波傳感器布置拓?fù)?br /> 
　　TOF測(cè)量的精確度將直接影響流量計(jì)量的分辨率和精度。TOF通常以皮秒(ps)或納秒(ns)計(jì)量，它的主要參數(shù)包括零流量漂移(ZFD)、標(biāo)準(zhǔn)偏差(STD)、最小和最大可檢測(cè)流量、流量、流速、體積、絕對(duì)值(Abs)TOF和Delta(Δ)TOF，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)4064、國(guó)際法制計(jì)量組織(OIML)R49和歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN)1434是流量表行業(yè)最常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)。
 
　　一款真正意義上的集成式SoC
 
　　與同樣龐大的電表市場(chǎng)不同，水務(wù)公司通常是本地化的，規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電力公司。與完成智能電表安裝相比，自動(dòng)儀表讀數(shù)(AMR)模塊和標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使得部署成本更加低廉，能夠幫助水務(wù)公司在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基礎(chǔ)上有效降低運(yùn)營(yíng)成本。
 
　　MSP430FR6047是TI日前針對(duì)更精確的水表計(jì)量和遠(yuǎn)程抄表需求而推出的微控制器系列，帶有集成超聲波感應(yīng)模擬前端，能夠提高智能水表的精度并降低其能耗。刁勇認(rèn)為這是一款真正意義上的集成式SoC，開(kāi)發(fā)人員能夠利用完整的波形捕獲功能和基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)處理功能，為流量計(jì)增加更多智能特性。
 
　　該器件的零漂平均值為25皮秒或更低，標(biāo)準(zhǔn)差為32皮秒或更低，因此可以檢測(cè)到低于1升/小時(shí)的流速，相當(dāng)于以前的滴漏損耗也可以計(jì)量。高集成架構(gòu)可以將水表系統(tǒng)組件數(shù)量減少50%，功耗降低25%，據(jù)稱(chēng)可在不為電池充電的情況下，確保水表能夠運(yùn)行10年或更長(zhǎng)時(shí)間。此外，新型MCU還集成了一個(gè)用于高級(jí)信號(hào)處理的低能量加速器模塊、256KB的鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、液晶顯示器驅(qū)動(dòng)器和計(jì)量測(cè)試接口。
 
　　與MSP430FR6047同步推出的還包括兩款新型參考設(shè)計(jì)，可以更輕松地設(shè)計(jì)模塊，為現(xiàn)有機(jī)械水表新增自動(dòng)抄表功能。
 
　　第一種由單芯片SimpleLink雙頻帶CC1350無(wú)線MCU啟用，該參考設(shè)計(jì)還能夠使設(shè)計(jì)人員為AMR網(wǎng)絡(luò)添加雙頻無(wú)線通信。設(shè)計(jì)人員可以利用參考設(shè)計(jì)的小尺寸特性，輕松改裝現(xiàn)有機(jī)械流量計(jì)，使水務(wù)公司能夠添加AMR功能，同時(shí)無(wú)需更換已安裝的儀表。CC1350無(wú)線MCU在測(cè)量水流量時(shí)僅消耗4uA電流，從而延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命。
 
　　第二個(gè)新型參考設(shè)計(jì)是基于SimpleLink Sub-1GHz CC1310無(wú)線MCU的超低功耗解決方案。低功耗無(wú)線M-Bus通信模塊參考設(shè)計(jì)采用TI的無(wú)線M-Bus軟件堆棧，并支持868 MHz頻段內(nèi)的所有無(wú)線M-Bus操作模式。該參考設(shè)計(jì)可提供一流的功耗和靈活性，支持跨多個(gè)地區(qū)的無(wú)線M-Bus部署。
 
　　MSP430超聲波感應(yīng)設(shè)計(jì)中心提供快速開(kāi)發(fā)和靈活定制的工具，包括軟件庫(kù)、圖形用戶界面(GUI)、帶度量衡和數(shù)字信號(hào)處理庫(kù)的評(píng)估模塊，開(kāi)發(fā)人員可利用它在幾個(gè)月內(nèi)讓產(chǎn)品上市。
 
　　對(duì)于是否支持目前極為火熱的NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)，刁勇表示，由于NB-IoT研發(fā)投入巨大，TI暫時(shí)還未納入考慮，下一代新產(chǎn)品將以提高ADC精度(以便測(cè)量氣體)和降低FRAM容量(降低成本)為重點(diǎn)。
 
　　(原標(biāo)題：標(biāo)價(jià)249美元，這款智能水表開(kāi)發(fā)板讓“偷水者”傻眼了)
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