一种户用三表低功耗超声波计量芯片及低功耗控制方法技术

本申请公开了一种户用三表低功耗超声波计量芯片及低功耗控制方法，本发明专利技术实施例针对户用水表、燃气表早中晚短时工作，热量表冬季工作夏季静止的显著特点，设计一种双核的超声波SOC芯片，即32位主MCU和超低功耗4位MCU,后者专用于监测流体是否流动，称为值班MCU。主MCU和值班MCU的信号检测端均与超声波测量单元电连接，主MCU和值班MCU电连接。当主MCU检测到流体静止时，进入休眠状态，值班MCU工作，继续通过超声波测量单元对流体状态进行监测。如果流体流速出现扰动，值班MCU结束主MCU休眠状态，同时值班MCU进入休眠状态。由于值班MCU的运行功耗仅为主MCU的1

【技术实现步骤摘要】
一种户用三表低功耗超声波计量芯片及低功耗控制方法


[0001]本申请涉及超声波计量表
，具体涉及一种户用三表低功耗超声波计量芯片及低功耗控制方法。

技术介绍

[0002]当前，户用三表仍大量应用机械表，机械表具有计量精度低、流阻大、易磨损、不便上网远传等缺点，随着智慧城市进程的推进，户用三表的升级换代迫在眉睫。
[0003]基于超声波测量原理的户用三表具有流阻小、精度高、全电子化、智能化、便于远传等优点，是户用三表的发展方向。近年来，超声波热表已大量应用，超声波水表已推广应用，超声波燃气表开始应用。超声波户用三表要求电池供电，维持至少六年不换电池。
[0004]目前，国内户用超声波三表芯片主要应用美国TI公司的MSP430系列16位微控制器(MCU)芯片，外加德国ACAM公司的超声波测量芯片GP22构成，存在功耗高和集成度低的缺点，影响了超声波户用三表的大力推广。

技术实现思路

[0005]本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种户用三表低功耗超声波计量芯片，包括：超声波测量单元、主MCU、值班MCU和时钟管理单元，所述值班MCU功耗仅为所述主MCU功率的2％，所述主MCU和所述值班MCU的信号检测端均与所述超声波测量单元电连接，所述时钟管理单元分别与所述超声波测量单元、主MCU和值班MCU电连接。
[0007]采用上述实现方式，户用水表、燃气表早中晚短时工作，热量表冬季工作夏季静止的显著特点，设计一种双核的超声波SOC芯片，即32位主MCU和超低功耗4位MCU,后者专用于监测流体是否流动，称为值班MCU。主MCU和值班MCU的信号检测端均与超声波测量单元电连接，主MCU和值班MCU电连接。当主MCU检测到流体静止时，进入休眠状态，值班MCU工作，继续通过超声波测量单元对流体状态进行监测。如果流体流速出现扰动，值班MCU结束主MCU休眠状态，同时值班MCU进入休眠状态。由于值班MCU的运行功耗仅为主MCU的2％，从而极大地降低系统功耗。
[0008]结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述主MCU包括：AHB总线矩阵，所述AHB总线矩阵分别与外设桥、CRC校验模块、硬件算法加速引擎模块、ADC数模转换器、掉电记忆存储器、系统数据存储器、ARM M4处理器和加密Flash存储器电连接。
[0009]结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述外设桥通过数据总线分别与系统外设、通信接口、定时器看门狗、RTC万年历接口、LCD驱动接口、I/O接口和DAC接口电连接。
[0010]结合第一方面，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述值班MCU包括：控制器，与所述控制器电连接的数据存储器、运算器、程序存储器、SPI接口、程序计数器和节拍单元电连接，所述程序计数器与所述运算器通信连接。
[0011]结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述运算器包括：算数逻辑单元，与所述算数逻辑单元通信连接的累加器、数据寄存器和标志寄存器。
[0012]结合第一方面，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述超声波测量单元的信号接收端与超声波探头电连接，所述超声波探头设置有多个，所述超声波探头用于检测流体流动。
[0013]结合第一方面，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述时钟管理单元与晶振模块电连接，所述晶振模块包括第一晶振和第二晶振。
[0014]结合第一方面，在第一方面第七种可能的实现方式中，还包括电源管理单元，所述电源管理单元分别与所述超声波测量单元、主MCU、值班MCU和时钟管理单元电连接。
[0015]结合第一方面第七种可能的实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述户用三表低功耗超声波计量芯片还包括液晶驱动模块，所述液晶驱动模块分别与外接LCD和所述电源管理单元电连接。
[0016]第二方面，本申请实施例提供了一种低功耗控制方法，采用第一方面或第一方面任一可能实现方式所述的低功耗计量表芯片，所述方法包括：主MCU通过超声波测量单元对流体状态进行获取；当超声波测量单元检测到流体流速为0时，所述主MCU通过复位线启动值班MCU工作，所述主MCU进入休眠状态；所述值班MCU继续通过所述超声波测量单元对流体状态进行监测；如果流体流速出现扰动，所述值班MCU通过中断线结束所述主MCU休眠状态，同时值班MCU进入休眠状态。
附图说明
[0017]图1为本申请实施例提供的一种低功耗计量表芯片的结构示意图；
[0018]图2为本申请实施例提供的主MCU的结构示意图；
[0019]图3为本申请实施例提供的值班MCU的结构示意图；
[0020]图4为本申请实施例提供的运算器的结构示意图；
[0021]图5为本申请实施例提供的相位差法测量原理图；
[0022]图6为本申请实施例提供的一种低功耗控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
[0024]图1为本申请实施例提供的一种低功耗计量表芯片的结构示意图，参见图1，本申请实施例提供的户用三表低功耗超声波计量芯片包括：超声波测量单元、主MCU、值班MCU和时钟管理单元，所述值班MCU工作功率小于所述主MCU工作功率，其中：所述主MCU与所述值班MCU通信连接，所述主MCU和所述值班MCU的信号检测端均与所述超声波测量单元电连接，所述时钟管理单元分别与所述超声波测量单元、主MCU和值班MCU电连接。
[0025]本申请实施例采用了一种简单方便的交互机制，主MCU与值班MCU之间采用复位、中断机制，主MCU与超声波测量单元之间采用SPI通信方式。值班MCU与超声波测量单元亦采用SPI方式通信。
[0026]正常工作期间主MCU承担全部计算、显示、远程通信等工作，值班MCU处于掉电状
态，一旦主MCU在一定时间段内发现流速为零，通过一根控制线开启值班MCU电源，启动值班MCU工作，值班MCU通过SPI接口控制超声波测量单元(UMU)监测流体是否流动,主MCU进入深度休眠状态。值班MCU进行流速监测，一旦发现流体开始流动，通过一根中断线发信号，使主MCU从深度休眠状态唤醒，开始工作。系统监测阶段的功耗不到运行功耗的百分之二。因此，可以用容量更小的供电电池，大大降低了系统成本及体积。
[0027]参见图2，所述主MCU包括：AHB总线矩阵，所述AHB总线矩阵分别与外设桥、CRC校验模块、硬件算法加速引擎模块、ADC数模转换器、掉电记忆存储器、系统数据存储器、ARM M4处理器和加密Flash存储器电连接。所述外设桥通过数据总线分别与系统外设、通信接口、定时器看门狗、RTC万年历接口、LCD驱动接口、I/O接口和DAC接口电连接。
[0028]参见图3，值班MCU采用一种最简4位机，所述值班MCU包括：控制器，与所述控制器电连接的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种户用三表低功耗超声波计量芯片，其特征在于，包括：超声波测量单元、主MCU、值班MCU和时钟管理单元，所述值班MCU的运行功耗为主MCU的1
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2％，其中：所述主MCU与所述值班MCU通信连接，所述主MCU和所述值班MCU的信号检测端均与所述超声波测量单元电连接，所述时钟管理单元分别与所述超声波测量单元、主MCU和值班MCU电连接。2.根据权利要求1所述的户用三表低功耗超声波计量芯片，其特征在于，所述主MCU包括：AHB总线矩阵，所述AHB总线矩阵分别与外设桥、CRC校验模块、硬件算法加速引擎模块、ADC数模转换器、掉电记忆存储器、系统数据存储器、ARM M4内核和加密Flash存储器电连接。3.根据权利要求2所述的户用三表低功耗超声波计量芯片，其特征在于，所述外设桥通过数据总线分别与系统外设、通信接口、定时器看门狗、RTC万年历接口、LCD驱动接口、I/O接口和DAC接口电连接。4.根据权利要求1所述的户用三表低功耗超声波计量芯片，其特征在于，所述值班MCU包括：控制器，与所述控制器电连接的数据存储器、运算器、程序存储器、SPI接口、程序计数器和节拍单元电连接，所述程序计数器与所述运算器通信连接。5.根据权利要求4所述的户用三表低功耗超声波计量芯片，其特征在于，所述运算器包括：算数逻辑单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝振刚，马宝甫，单来成，宋蓉，赵美美，
申请(专利权)人：东平力创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：