基于GD32L233的物聯(lián)網(wǎng)水表解決方案

基于GD32L233的物聯(lián)網(wǎng)水表解決方案采用了目前業(yè)界先進(jìn)的窄帶蜂窩通信技術(shù)，具有網(wǎng)絡(luò)深覆蓋、廣鏈接、低功耗等優(yōu)勢(shì)，通信穩(wěn)定、可靠、安全; 采用工業(yè)級(jí)NB-IoT模塊和工業(yè)級(jí)M2M物聯(lián)網(wǎng)卡，擁有攻擊報(bào)警、電池低電報(bào)警，余額不足報(bào)警，欠費(fèi)報(bào)警; 可以實(shí)時(shí)顯示水表用量、信號(hào)強(qiáng)度等數(shù)據(jù)信息。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

主控制器芯片采用GD32L233RBT6， 可以驅(qū)動(dòng)最8*32段LCD顯示，使用PWM接口加內(nèi)部集成的比較器模塊可以實(shí)現(xiàn)125K低頻卡的調(diào)制解調(diào)。

GD32L233RBT6支持多種Sleep和Deep Sleep模式，在Deep sleep 2模式下可以達(dá)到2uA的待機(jī)電流，Standby模式下的待機(jī)電流典型值達(dá)到了0.4uA。

圖1 水表的段碼LCD顯示面板

系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)規(guī)格如下表所示：

表1

PCB 布局布線及接口描述如下圖所示：

圖2 水表接口及尺寸圖

2 水表的硬件原理圖

物聯(lián)網(wǎng)水表遠(yuǎn)傳系統(tǒng)包括主控制器GD32L233RBT6和NB模組兩個(gè)主要部分，其中GD32L233RCT6 直接驅(qū)動(dòng)段碼LCD液晶顯示屏，使用PWM接口加內(nèi)部集成的比較器模塊可以實(shí)現(xiàn)125K低頻卡的調(diào)制解調(diào)。

水表遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的供電采用電池供電，電池并聯(lián)超級(jí)電容以更好的為NB模組提供瞬時(shí)供電能力，同時(shí)基于GD32L233的優(yōu)異的低功耗待機(jī)模式，使用GD32L233作為系統(tǒng)主控進(jìn)行整板系統(tǒng)的功耗管理。

圖3 水表方案的原理框圖

3 軟件系統(tǒng)框架

1. 可實(shí)現(xiàn)軟件功能

●   預(yù)付費(fèi)功能：先交錢，后用水。( 此功能僅限有閥控功能的主板)

●   后付費(fèi)功能：先用水，后付費(fèi)。

●   遠(yuǎn)程通訊控制功能：NB 遠(yuǎn)程抄表、上報(bào)、閥控。

●   液晶顯示功能：可直觀顯示當(dāng)前水量信息、表狀態(tài)。( 此功能僅限有液晶顯示功能的主板)

●   近場(chǎng)通訊功能：現(xiàn)場(chǎng)對(duì)進(jìn)行水表操作、獲取水表狀態(tài)、配置參數(shù)、出廠調(diào)試。

●   電池欠壓提示功能：電池電量不足時(shí)，提示更換電池。

●   具有自檢功能：可調(diào)自檢周期、自檢時(shí)機(jī)，防止銹蝕、防止電池鈍化。

●   防磁干擾功能：當(dāng)水表受到強(qiáng)磁干擾影響計(jì)量時(shí)，可遠(yuǎn)程通訊上報(bào)。

●   數(shù)據(jù)保護(hù)：斷電情況下，表內(nèi)數(shù)據(jù)可保存 10 年不丟失，確保數(shù)據(jù)安全可靠。

●   階梯計(jì)費(fèi)：可定制多檔階梯計(jì)費(fèi)方案。( 平臺(tái)支持)

●   觸摸操作：可通過非接觸觸摸進(jìn)行切換顯示界面、上報(bào)數(shù)據(jù)等操作。

2. 系統(tǒng)使用的外設(shè)單元如下：

●   系統(tǒng)運(yùn)行在16MHz HSI 下, 既保證外設(shè)穩(wěn)定運(yùn)行,又兼具低功耗

●   低功耗模式采用DeepSleep1 模式, 可實(shí)現(xiàn)LCD常顯

●   1個(gè)PWM 和比較器, 實(shí)現(xiàn)125K 低頻卡曼徹斯特編碼的調(diào)制和解調(diào)

●   ADC 采樣及Internal VREFBUF，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池電壓的精準(zhǔn)采樣

●   RTC定時(shí)喚醒，用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)。

●   外部中斷喚醒，用于脈沖檢測(cè)和磁干擾檢測(cè)

●   LCD驅(qū)動(dòng)器，直接驅(qū)動(dòng)段碼顯示屏

●   看門狗定時(shí)器，保證系統(tǒng)穩(wěn)定不死機(jī)

4 方案優(yōu)勢(shì)

1.使用GD32L233控制器，得益于其低功耗的優(yōu)異性能和多種低功耗模式，可以作為復(fù)雜系統(tǒng)低功耗控制的首選。

2.得益于GD32L233 控制器集成了LCD 液晶屏控制器，可以直接驅(qū)動(dòng)最多8*32 段點(diǎn)陣LCD，這樣可進(jìn)一步減少整機(jī)的硬件成本。

3.GD32L233 集成了豐富的外設(shè), 內(nèi)部的PWM模塊和簡(jiǎn)單的外圍電路可以對(duì)低頻讀卡信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，實(shí)現(xiàn)低頻卡的刷卡付費(fèi)功能。

（本文來源于《EEPW》2024.4）