智能水表是一种利用现代微电子技术和传感技术对用水量进行计量，并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。与传统水表相比，智能水表作为智能化联网工具，是对传统水表的升级，依靠Nb-loT、LoRa等通信技术连接和组网，实现了高效智能化的管理。
华大电子以Arm 32位为内核的系列安全MCU产品，可同时满足智能水表的联网通信技术和多种现代传感技术要求。该产品主要应用领域包括智能水表、便携医疗、智能门锁及其他电池供电的低功耗场景。
为满足智能水表的应用场景和业务功能，华大电子设计开发了基于CIU32L041超低功耗安全MCU的智能水表解决方案。该方案可实现高效智能化的管理，为智能水表的应用提供了有力支持。
1.方案介绍
智能水表解决方案硬件原理框图如下：
智能水表解决方案硬件框图
超声波计量方式智能水表解决方案硬件
以上图为例，超声波计量方式的智能水表解决方案硬件主要由控制主板、超声波计量板、换能器管道、电池组和阀门电机五部分组成。
控制主板硬件
除了超声波计量方式，智能水表控制主板还可兼容多种现代传感计量方式，如图2所示的各种传感器接口包括：霍尔、无磁、光电直读等计量传感接口。
控制主板上配置有NB-IOT模块用于与总站后台进行远程通信。
远程通信流程如下：
远程抄表信息交互流程
水表通过CIU32L041安全MCU内部实时时钟RTC定时唤醒，每日定时与水务公司后台总站进行信息交互，同步表信息，以实现远程抄表、充值及查询功能。
2.方案特点
支持霍尔、无磁、光电直读和超声波四种流量计量方式，其中超声波传感器可通过LPUART唤醒MCU，波特率可达9600bps
整机待机，维持LCD显示，工作电流平均可低至10uA
NB-IOT通讯，可实现远程抄表、充值
低功耗模式下实时监测电池电量，低电量自动关阀
VBAT模式下RTC走时与备份寄存器保持，可采用纽扣电池供电，省去小锂电池用作备用电源的成本
3.CIU32L041 安全MCU
智能水表解决方案主控芯片为华大电子CIU32L041，基于Arm内核，最高频率可达48MHz。该产品具有超低功耗、高集成度、高可靠性、高安全的特点。内部集成LCD、ADC、VREFBUF、低功耗COMP、多种定时器、多个USART/I2C/SPI 等丰富的外设资源，支持SM4 安全加密算法。
4.产品特点
VBAT备份电源自动切换，VBAT模式+RTC+备份寄存器的功耗低至1μA，降低备份电源的电池容量需求，节约电池成本
多达56个fast IO，防倒灌且兼容5V通信，其中高驱IO可达20mA
最大支持8COM x 32SEG LCD控制器
– 片内电阻分压，高低驱可动态切换，低功耗下提升显示效果，免外部电容
– 内置电荷泵，VLCD电压可高于VDD且不随VDD变化，即使VDD抖动依旧保持良好显示
效果
内部高精度高速时钟，全温度变化小于±2%，免外部晶体
12位1.14 Msps高精度ADC，可测量高输出阻抗信号
内部参考电压源VREFBUF，为ADC提供参考电压，支持2.048V、2.5V，可通过IO输出
RTC校准精度±0.477ppm，支持闹钟、时间戳、微秒级单位的唤醒定时器，支持温度补偿
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