物联网时代：以固态水表淘汰落后的机械水表

为大众带来高精度、经济实惠的水测量方案

既然固态水表功耗大、成本高，水流量测量停留在20世纪，无法支持IoT就毫不奇怪。毫无疑问，我们需要高性价比、高能源效率的固态技术来准确测量液体流量。

现在，我们探讨一下时间至数字转换器(TDC)。TDC是接收开始和停止信号并准确测量时间差的电路。听起来很简单，但如果我告诉您要求高精度测量皮秒级的时间差并且不要求THz (1,000GHz)时钟，又会如何？并且耗流只有微安级呢？


图1.流量计内的阀芯体是液体流经的管道。对于超声流量计，阀芯体包含压电元件和反射镜，产生、吸收和反射超声波。

基于TDC的超声流量计(图1)仍然使用压电元件在上行和下行方向发送信号，并测量时间差(TDC电路的作用)。然而，需要对“开始”和“停止”信号进行大量调理，以获得高精度测量，例如压电元件驱动器、放大接收信号，以及温度补偿。此外，通过增加定制控制逻辑来执行多种功能：发送和测量多个脉冲、在第一个压电元件信号时可靠触发、记录历史数据、处理校准数据以及在唤醒系统微控制器之前储存多条记录，可显著提高系统精度(图2)。


图2.高度集成MAX35101流量计SoC的方框图。注意模拟前端(AFE)中的集成TDC测量电路和模拟信号调理。

MAX35101流量计片上系统(SoC)克服了固态流量计的功耗和成本问题，有助于普及高精度流量计量。器件集成TDC测量电路、模拟信号调理，以及实现极高精度计量所需的微型DSP和逻辑；解决了迄今为止妨碍跟踪水浪费或加入21世纪IoT的所有问题。

该技术的现实利益有哪些？很多，很多...

- 提高精度。现行的计量标准要求精度达到?加仑每分钟的低流量。MAX35101在1/16加仑每分钟的流量下可达到1%精度，这也是现在提议的测量水平，可检测低得多的流量(无需1%的精度即可检测到漏泄)。

- 延长使用寿命。超声固态流量计没有运动部件，不容易受腐蚀或杂质沉淀的影响，而这些原因会造成机械式水表很快超出校准范围。这些水表在现场的工作寿命长得多，同时保证精度。

- 改善拥有成本。使用机械式水表时，精度会逐渐变差，或者您需要每几年就更换水表。固态水表的工作寿命长得多。供水公司将会发现其运营成本直线下降，节省了维护和更换水表的费用。

- 改善BOM成本。超声流量计SoC只需很少的器件即可执行高精度能源测量；与其它需要DSP处理器和高精度ADC的固态计量技术相比，这是非常明显的优势。

- 低功耗。流量计SoC仅给流量测量系统增加几个毫安的功耗，所以不会造成电池成本增加。供水公司还能减小电池尺寸——又能节省成本。

摆脱传统水计量方式

我很想知道我的淋浴器或洗碗机或洗衣机到底使用了多少水量。我希望能够检测到喷洒系统中的漏泄或过多的流量。就在前几天我刚刚更换了一个造成管道损坏的喷头。在我发现并更换喷头之前，每天早上有多少水从该管道流出(浪费水并且杀死植物)。

MAX35101流量计SoC完全可以应对这些挑战，器件功耗低、使用寿命长，所以部署起来很便宜。器件尺寸小巧、高度集成，精度足以满足日益凸显的低流量漏泄检测要求。现在，水可以加入IoT了。

我们可以预见在不久将来实现普适计量吗？我对此确信不疑。欢迎来到21世纪。