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资料介绍
75 嵌入式系统在智能水表中的应用
一、引言
智能水表是智慧城市基础设施的重要组成部分，实现了用水量的自动计量、远程抄表和漏损监测。嵌入式系统在智能水表中扮演着核心角色，从流量计量到无线通信，从低功耗管理到阀门控制，MCU 的运行效率和可靠性直接决定了水表的使用寿命和计量精度。智能水表对嵌入式系统的要求集中在超低功耗（电池工作 6 年以上）、高精度计量和可靠的无线通信能力。
二、流量计量原理
霍尔传感器：水流驱动叶轮旋转，叶轮上的磁铁触发霍尔传感器产生脉冲信号。MCU 通过计数脉冲频率计算瞬时流量，通过累加脉冲数计算累积流量。霍尔传感器方案成本低、结构简单，但容易受外部磁场干扰窃表。
超声波时差法：利用超声波在顺流和逆流方向传播的时间差计算流速。一对超声波换能器交替发射和接收超声波信号，MCU 高精度计时器测量时差。超声波水表无机械运动部件，压损小、精度高、寿命长，且不受磁场干扰，是目前智能水表的主流技术。
无磁传感器：通过 LC 振荡电路检测叶轮上金属片的旋转位置，避免磁铁吸附铁屑导致计量误差。MCU 测量振荡频率的变化，判断叶轮位置，计算转速和流量。
三、超低功耗设计
MCU 选型：智能水表使用超低功耗 MCU，如 STM32L0 系列、EFM32 系列或 MSP430 系列，待机电流在 0.4μA 以下。MCU 在大部分时间处于 STOP 模式或 STANDBY 模式，定时唤醒采集流量数据。
工作模式设计：水表以 1 秒到 10 秒为周期唤醒，采集流量脉冲或超声波时差，累积流量数据，然后返回休眠。通信模块（NB-IoT 或 LoRa）仅在抄表时开启，每月或每季度上传一次数据，电池工作 6 到 10 年。
电源管理：使用 ER18505 等锂亚电池，容量 3500mAh 到 8500mAh。PMU 管理电池供电，支持空闲时切断非必要外设电源。部分方案使用电容储能，在通信峰值电流时提供额外能量。
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| 178934567975_嵌入式系统在智能水表中的应用.docx | 38K |
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