“美國有80%的水務公司已經開始投入或者計劃更新水務計量基礎設施，從而提高運營效率和減少管網水損失，在中國TI也看到有同樣的趨勢?！钡轮輧x器中國區MSP微控制器業務拓展經理刁勇表示。根據資料顯示，2015年我國水表產量7000萬臺，其中智能水表1500萬臺，出口水表約1000萬臺。

　　刁勇解釋道，目前整個水測量系統和計量系統不完整或準確度不高，導致從自來水公司出來再分布到各個用戶的家庭水損失非常高，達到了30%，其中很大一部分的原因是水表計量的問題造成的，所以把水表做得更精致、更智能化是水務公司的迫切需求。

　　根據市場分析顯示，智能水表的市場規模將從2016年的26億美金規模增長到2025年的72億美金規模。

　　而根據國內報告總結分析，2016年之前智能水表產量一直以近20%的速度增長，預計“十三五”期間智能水表(含智能應用系統)銷售收入占全部水表銷售比例要達到40%，伴隨著政策向好，智能水表的市場規模也將穩步提升，預計增速將達到28%，到2020年智能水表的滲透率將接近45%，年出貨量4500萬臺。

　　目前，圍繞水表智能化無外乎兩方面改造，一方面是水表本身從機械水表向電子讀數水表方向演進，包括超聲波水表，無磁水表等等，另外一方面就是為水表增加通訊模塊，使遠程抄表監控管理等更簡便易行。

　　刁勇表示，自來水公司對新產品的需求主要有以下幾方面：

　　首先是對于提高水測量精度有一定要求，超聲波測量水的計量方式有非常明顯的優勢，可達±1%的精度。特別是在小流量的情況下，傳統機械表可能已經沒有辦法計量，但超聲波的計量方式依然可以工作，這可以有效解決管網不準確所帶來的損失。

　　第二是對壽命有要求，和傳統機械表相比，超聲波是全電子的水表，里面沒有機械葉輪，不存在磨損，因此壽命非常長，這就意味著維護成本很低。因此盡管超聲波水表產品成本高，但綜合考慮到全周期內的話，運維成本會降低。

　　第三，自來水公司對水質水成分需要進行檢測，超聲波可以給水務公司更多的信息，使得其隨時監控水的質量。

　　第四，需要更可靠的產品，而超聲波或者無磁水表具有抗震動、抗輻射、抗紅外、扛電磁干擾等特點。

　　第五，就是對改造的需求，和電網公司不同，目前水務公司都是一些本地化公司，部分實力不足的廠家希望對現有的獨立式水表上通過改造實現無線通信系統即可，這樣對于成本的開銷不會太大。

　　第六，是對設計開發的需求，國內不光水務公司眾多，水表生產廠家同樣眾多，他們對于部分新技術的掌握程度不足，因此需要能夠快速上手評估開發的產品。

　　TI MSP430FR6047是業界首款嚴格意義上的超聲波水表測量SoC

　　日前，TI推出全新的基于MSP430FR6047的超聲波SoC以及全新的通信功能的參考設計，可以滿足水務公司和表計公司對于智能抄表系統升級的需求。

　　這顆產品實際上可以說是在水計量領域實現超聲波測量的第一款真正意義上的SoC。刁勇表示，目前超聲波測量其實有很成熟的算法，難度不是太大，但目前超聲波水表普及率并不高，主要挑戰在于首先是需要高精度的采集，其次是需要低功耗的信號處理算法，以及更強大的整體計算平臺，而將這些集中到一個SoC中目前還沒有廠商實現，需要再外掛MCU實現。

　　MSP430FR6047繼承了MSP430家族優秀的低功耗DNA，每秒測量功耗僅為3μA，如果采用干簧管或者霍爾傳感器等測量方案，再加上外部MCU資源，平均耗電水平為6μA左右。超聲波水測量主要是測量上下行時間差，這個飛行時間的精度決定了超聲波水表的精度，MSP430FR6047的超聲波模擬前端ADC達到了8MHz，飛行時間精度可以到25ps，而絕對精度達到了5 ps，可以檢測到每小時一升的滴漏情況。

　　這一切的優勢都是來自于TI的硬件設計，如圖所示

　　MSP430FR6047結構框圖

　　MSP430FR6047包含了一個超聲波傳感測量模塊（USS），該模塊里面集成超聲波傳感器接口，可以和換能器直接相連。模塊內部還集成可編程脈沖發生器，可以產生不同頻率的超聲波?？蛻粼谟迷O計中心的時候可以選擇不同的頻率去跟換能器匹配。

　　另外，芯片內部還有另外一個重要模塊——低功耗加速器（LEA），具有DSP功能，專為超聲波測量進行算法計算，并可獨立于單片機進行運算。刁勇表示，如果現在用普通MCU，理論上來說也能做到，但是功耗會非常高?！巴ㄟ^我們的評估顯示，在超聲波測量方面，LEA比Cortex-M0處理器的速度快40倍?！?/p>

　　MSP430FR6047采用鐵電存儲器，在目前MSP430系列中擁有最大存儲空間，鐵電存儲器保證了數據存儲讀取的安全性、低功耗以及長期可靠性。同時還具有相當豐富的通信接口，可以支持43UART、4個SPI、4個I/C。此外，也包含部分安全功能模塊，包括AES 256加密，CRC校驗的模塊，還有隨機數發生器。其他的外設還包括LCD驅動器，12位200K Hz采樣率ADC、比較器和硬件倍增器。由于豐富的外設資源，除了測量之外，還可以滿足表計的所有功能需求，包括通信、管理、顯示、控制、閥門關斷等等。

　　除了硬件優勢之外，TI還提供了相應的軟件和硬件開發工具，以加速客戶的設計周期。超聲波設計中心集成了客戶所有的配置調試功能，該軟件可以直接捕捉超聲波波形，這樣就可以通過比對波形，檢測水質的成分。TI提供了一個基礎超聲波測量軟件庫，客戶不用從頭開發軟件代碼，只需要將超聲波和換能器進行簡單匹配配置，可以自動生成。

　　而在硬件開發工具上，TI直接提供了評估板，可以與水表進行連接后便可直接評估。該評估板預留BoosterPack接口，可擴展眾多新功能板卡，包括溫度測量或者無線通信等等。

　　EVM430-FR6047開發評估板

　　刁勇說道：“MSP430FR6047是TI第一款超聲波水表測量SoC，未來還會有一些針對不同流體甚至氣體的超聲波測量SoC推出。”

　　全新參考設計為表廠增加無線傳感模塊

　　TI推出的全新TIDesigns參考設計包括TIDA-01228低功率水流測量，帶感應傳感參考設計，以及TIDA-01531低功耗無線M-Bus通信模塊參考設計。

　　TIDA-01228是使用SimpleLink CC1350無線MCU SCE核心的機械（或混 合）水表的感應（LC-）傳感器旋轉檢測。SCE傳感器控制引擎，是一個傳感器控制模塊，采用超小型12V P通道TI FemtoFET MOSFET，符合ISO4064-1：2014-11（1級）的測量精度要求。在3.6 V，12 Hz采樣率（無流量）下，功率消耗3.7 μA ；在3.6V，64Hz采樣率下，為19.6 μA。支持雙頻帶1 GHz（無線M-Bus）和2.4 GHzBLE 無線通信模式，可用在無磁水表和氣表等領域。

　　TIDA-01228參考設計圖例

　　TIDA-01531適用于CC1310的OMSv3.0.1兼容無線M-Bus堆棧；作為數據采集器支持16種水表列表；可帶或不帶外部主機MCU；符合EN13757-4 HT級傳輸功率，和對S- 、 T-和C-模式的靈敏 度和選擇性的HR 要求；休眠模式下功耗為0.7 μA @ 3.6V?？蓱妙I域除了氣表、水表和熱量計或熱成本分配器外，還可應用于 智能電表和數據采集器的RF模塊。

　　TIDA-01531參考設計圖例