低功耗智能燃气表实战方案：华大电子，龙芯和小华半导体套件汇总

【导读】随着中国城市化进程的加快、“煤改气”工程的持续推进等因素的加持，我国智能燃气表行业正迎来全面放量的时期，智能燃气表的市场需求快速增长。智能燃气表是在普通燃气表的基础上，增加了通信和计量技术，使得燃气表具备了自动抄表、数据传输、智能监测等多种新功能。作为燃气计量和结算的重要依据，燃气表计量数据采集及抄收的准确性、及时性至关重要，由于燃气的特殊性，要求燃气表有防爆的需求，同时还需要长时间高可靠工作，所以对MCU的稳定性、可靠性都有很高的要求。针对智能燃气表的需求特点，快包分析师推荐华大、龙芯、小华的智能燃气表主控方案。

燃气表将更加注重安全、可靠、智能便捷，以远程管理、智能控制、信息安全等为主要核心功能的智能燃气表将逐步取代旧燃气表。目前，国内的智能燃气表主要有IC卡智能燃气表、CPU卡智能燃气表、射频卡智能燃气表、直读式远传燃气表(有线远传表)以及无线远传燃气表、物联网智能燃气表等这几大类。

我国现存智能燃气表中仍以IC卡燃气表为主，NB-I0T物联网燃气表占比较低。IC卡智能燃气表一定程度上解决了抄表难的问题，但无法满足当前智慧城市和信息化建设的要求。NB-I0T物联网燃气表2017年投放市场以来快速增长，NB-IOT网络的覆盖范围的扩大，物联网渗透率的提升，将进一步推动燃气表的升级。

方案一：基于华大CIU32L061智能燃气表主控方案

该方案采用CIU32L061N8PA安全MCU为主控芯片，芯片最高主频可达48MHz，内置128K Flash，可实现大量数据的存储和高速处理。方案使用纽扣电池作为备用电源，在VBAT模式下维持RTC走时与备份寄存器可确保10年使用寿命。LCD显示屏使用MCU内部电荷泵供电，即使在恶劣供电条件下也可保证LCD的显示效果。

在计量方式上，该方案支持超声波、霍尔、干簧管、光电等传感器，其中超声波传感器可通过LPUART唤醒MCU，唤醒波特率可达9600bps。该方案还支持NB-IoT远程通信，可实现远程抄表、充值等功能。

方案框图

方案优势

  ● 支持VBAT模式，可使用纽扣电池给RTC供电

  ● LCD内置电荷泵，显示效果不随电池电压变化

  ● 内置安全算法模块，支持数据加密

  ● IRTIM可产生红外控制信号

应用场景

该系列安全MCU可广泛应用于智能燃气表、智能水表、三相电表、血氧仪、血糖仪等细分领域。

方案二：基于龙芯1D100智能燃气表主控方案

龙芯1D100是超声波水表、热表和气表测量专用MCU芯片，集成CPU、FLASH、时间测量单元（TDC）、超声波脉冲发生器、温度测量单元（THSENS）、SPI、I2C、UART、MBUS、段式LCD控制器、ADC、RTC、空管检测、断线检测等功能模块。采用QFP80封装，休眠电流低于10μA，具备时差测量精度高、外设功能丰富、低功耗等特点，配合完善的编程、仿真、调试环境，大幅简化超声波流量测量系统的软硬件设计。

另外，龙芯1D芯片采用特殊的电源设计，实现对芯片功耗的动态精细化管理，在低功耗方面有着出色的表现。

方案三：基于小华HC32L196智能燃气表主控方案

该方案以HC32L196为主控芯片，采用光电直读技术，具有控制数据采集、显示、存储、无线传输功能，并具有燃气表阀门开关控制功能。HC32L196 系列是一款旨在延长便携式测量系统的电池使用寿命的超低功耗、宽电压工作 范围的 MCU。集成 12 位 1Msps 高精度 SARADC，1 个 12 位 DAC 以及集成了比较器、运放、内置 高性能 PWM 定时器、LCD 显示、多路 UART、SPI、I2C 等丰富的通讯外设，内建 AES、TRNG 等信息 安全模块，具有高整合度、高抗干扰、高可靠性和超低功耗的特点。本产品内核采用 Cortex-M0+ 内 核，配合成熟的 Keil & IAR 调试开发软件，支持 C 语言及汇编语言，汇编指令。

系统框图

方案特点

  ● 低功耗：整体功耗低于10μA，静态功耗低于5μA

  ● 低功耗脉冲计数支持

  ● 内置LCD段码显示控制模块

  ● IC卡处理功能

  ● MBus支持

  ● 无线通信传输支持

  ● 远程阀门控制

典型应用

  ● 传感器应用、物联网应用

  ● 智能仪表、无线模块、温控器、货架标签

  ● 智能交通、报警系统

  ● 智能家居、医疗设备

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方案四：基于贝岭BL8310低压直流马达驱动芯片应用方案

作为计费的核心部件，阀门的正常开关显得尤为重要，这就对驱动芯片的性能提出了很高的要求。BL8310是专门为低电压工作系统而设计的低压直流马达驱动芯片。集成了4个低电阻MOS和正转，反转刹车和停止功能。BL8310内置温度保护功能，当发生输出短路时，输出电流瞬间增大，电路功耗急剧上升，芯片温度急剧升高，当芯片温度超过内部温度保护电路设置的最高温度点后，内部电路关断内置的功率开关管，切断负载电流。

典型应用图

芯片特性

  ● 工作电压范围：2.0-6.8V

  ● 低工作电流(typ.70uA)

  ● 低待机电流(typ.0.1uA)

  ● 持续工作电流 1.0A

  ● 集成迟滞效应的热保护功能

  ● 封装 DFN8(2x2)，SOP8

典型应用

  ● 消费类产品

  ● 水气表计类产品

  ● 玩具

  ● 电动牙刷

方案五：基于润石科技RS6331BXF阀门驱动电流检测方案

智能燃气表具有检测精度高、智能显示读数、远程抄表及智能控制阀门等诸多功能。对于阀门控制部分，一般采用分离MOSFET搭建的H桥驱动电路或者采用集成H桥的驱动芯片进行控制阀门的打开和关断，在阀门动作时需要检测驱动电流的变化来防止阀门堵转的发生，在阀门堵转时一般驱动电流会有较大的变化。国产润石科技的低失调CMOS运算放大器RS6331BXF用于阀门驱动电流的检测，具有低成本、高精度等特点。

RS6331BXF封装PIN脚图

方案优势

1、RS6331BXF运放具有较低的输入失调电压，典型值为±0.6mV，可以更好地满足驱动电流检测高精度要求；

2、产品具有高达1.1MHz增益带宽，具有轨对轨输入输出特点，工作温度范围为-40℃至125℃，可以满足各种应用环境下的使用；

3、RS6331BXF单通道运放采用SOT23-5的典型封装形式，在硬件调试和使用上都简单易用。