一种简单的电子公用仪表解决方案(05-100)

　　先进的计费方式

　　电子仪表已经可以根据使用时段(Time of Use，TOU)分时计费了。TOU分别设定高峰期(使用率较高)和非高峰期(使用率较低)时段。TOU收费有多种好处。首先，如果用户在非高峰期使用，则可以享受较低的价格。其次，由于高峰期的用户要支付较高的使用价格，TOU计费方式很自然地就在较大程度上降低了高峰期的使用。铺设新的公用基础设施的投资是相当高的。TOU计费有助于分流高峰期的使用需求，在用户需求不断增长的情况下保持一种稳定的容量。要想实现TOU计费，仪表内部需要设置实时时钟和日历(Real TimeClock and Calendar，RTCC)，全天跟踪用户的使用情况。电子仪表通过软件或者使用外部设备很容易实现RTCC功能。

　　最新出现的计费方式是预付费。这一功能主要是在电表中实现的。用户可以使用磁卡提前购买一定的电量，然后将磁卡插入电表中，使电表在一定的时间段内向指定的负载供电。预付费方式降低了公用事业公司计费和抄表的成本，也有助于帮助用户计划每月的开支。

　　所有上述的收费方式都是建立在公用仪表基本功能基础之上的。这样看来仪表的研发时间似乎要增加了，因为研发包括两个部分：基本的仪表功能，以及防篡改、AMR、安全性和计费方式等新增功能。接下来，本文要介绍如何把基本的仪表功能设计简化为一个简单的脉冲计数器，而将主要工作放在用户接口的设计上。大部分MCU都能够通过内部定时器对I/O引脚的外部时钟输入进行计数。某些MCU的定时器能够在低功耗模式下进行计数，而当定时器溢出时唤醒器件。这种功能非常灵活，因为气表、水表和热表可能没有本地电源，而是采用电池进行供电。

　　气表和水表

　　气表和水表是设计起来最简单的仪表。这两种表都采用机械装置来测量气流或水流，它们的输出通常是一个旋转轴(气表中)或者一个旋转磁铁(水表中)。图2给出了气表的结构框图。气表的输出轴上有一个带槽的圆盘和一个能够输出脉冲流的反光器。每个脉冲表示一定量的气流。水表内部通常采用旋转磁铁和霍耳效应传感器，每当磁铁通过的时候，这种传感器就能够产生输出脉冲。气表和水表的脉冲流都可以连接到MCU内部计数器的时钟输入端。气表和水表设计中的一大挑战就是它们附近一般都没有交流电源。这意味着必须用电池或太阳能供电。太阳能电池十分昂贵，会额外增加安装仪表的机械成本。本文的设计方案采用一个低功耗MCU，它能够对脉冲进行计数，周期性地将数据保存到非易失性存储器中，每月上传一次计费信息。图2中给出的实例是采用了Microchip公司的PIC16F9xx系列MCU。这一系列的MCU拥有4～8KB的Flash程序存储器、最多336字节的RAM、256字节的数据EEPROM，内置8MHz的晶振、10位A/D，具有I2C、SPI、USART接口，能够驱动显示168个像素。这些功能再加上低功耗特性(休眠模式下典型电流O.5uA，1MHz下典型电流为190uA)使得这种MCU十分适用于采用电池供电的气表和水表。