基于AMR技術(shù)的智能水表計劃

隨著人類社會不斷的發(fā)展，作為不可替代的自然資源--水資源也開始面臨著種種問題和危機。人口的增長、工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，使得人類對水的需求逐年增加。無序的開發(fā)和環(huán)境的污染更加重了水資源的危機。曾經(jīng)的藍色星球也變得越來越饑渴。各國政府和組織都相繼制定政策和法規(guī)力圖建立節(jié)水型社會體系。一系列的節(jié)水措施給水表制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來機遇，同時也提出了挑戰(zhàn)。

目前國內(nèi)水表的種類很多，按照測量原理可以分為速度式水表和容積式水表，按照結(jié)構(gòu)和技術(shù)可分為純機械式，帶電子裝置的混合式和全固態(tài)電子式水表。因為成本的原因，純機械式和混合式占據(jù)了國內(nèi)水表市場的絕大多數(shù)。但隨著計量技術(shù)的發(fā)展，也日益暴露出很多問題：

始動流量大，也就是靈敏度差漏損率高穩(wěn)定性差性能低，量程比小，特別是小流量精度差功耗高，使用壽命短等。

2008年，我國從水資源管理的實際需求出發(fā)，并考慮與國外先進標準接軌，全面提升水表產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平，發(fā)布了等同采用ISO4064-2005 《封閉滿管道中水流量的測量 飲用冷水水表和熱水水表》的GB/T 778-2007國家標準，對水表流量值和量程比重新做了規(guī)定。傳統(tǒng)的機械式水表往往因為系統(tǒng)材料、機械加工等原因，大多量程比不高，要實現(xiàn)新標準要求的更高量程比的水表，往往需要非常長的設(shè)計、測試和標定周期，往往造成更多的資金、人員和時間的投入。而新的計量技術(shù)例如超聲波和電磁感應等往往因為器件、生產(chǎn)成本等因素只能適用于特殊的場合，無法大規(guī)模的應用于普通電子水表中。

如何在保持現(xiàn)有基表設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計出更高計量參數(shù)的水表也現(xiàn)實地擺在水表行業(yè)面前。EPSON結(jié)合自身電子元器件特點和感檢測技術(shù)，最新推出了完整的超低功耗電子水表解決方案，很好的解決了以上種種問題。該方案仍然采用普通的速度式水表基表部分，取消了傳統(tǒng)計數(shù)齒輪和磁簧開關(guān)等易損部件，采用了非接觸式各向異性磁阻傳感器（AMR）來檢測葉輪轉(zhuǎn)動，大大提高了流量檢測的靈敏度；在軟件補償算法的配合下，計量特性有了實質(zhì)性的提高；使得高量程比、高精度的電子水表成為可能。

Energy Saving作為EPSON電子元器件的最重要的設(shè)計理念，也體現(xiàn)在這款電子水表方案中。無論是專用處理器和各向異性磁阻傳感器（AMR）都采用低功耗設(shè)計生產(chǎn)技術(shù)，特別針對電池供電系統(tǒng)。

方案框圖如圖所示：

水量檢測通過安裝在葉輪轉(zhuǎn)動軸上的磁鐵隨著水流旋轉(zhuǎn)，在周邊產(chǎn)生方向周期性變化的磁場，放置在磁鐵上方的各向異性磁阻傳感器（AMR sensor）將磁場變化信號轉(zhuǎn)變成電信號，交由專用處理器進行計量、錯誤檢測等處理、并將結(jié)果通過液晶或脈沖輸出。

除了一般流量統(tǒng)計外，專用處理器還支持多種檢測模式，例如瞬時流速、滴漏檢測，水流倒轉(zhuǎn)等附加功能，為流量的實時檢測、實時控制提供了便利。水流方向的設(shè)置，即使水表倒裝，也可以正常統(tǒng)計反轉(zhuǎn)流量； 檢測周期的設(shè)置，讓開發(fā)者有更靈活的檢測精度和功耗管理的選擇。

AMR傳感器一般由硅或玻璃基板上覆以鐵磁體合金材料的薄膜構(gòu)成。薄膜電阻值隨著外加磁場的強度和方向而變化，因此被稱為各向異性磁阻傳感器（Anisotropic Magnet Resistance），當外界磁場方向垂直于電流方向時（90°。270°），電阻變化最大，外界磁場方向平行于電流方向時，電阻變化最??；根據(jù)這個特性，將磁場方向轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮枳兓?，進而轉(zhuǎn)化為電壓的變化，最終由微處理器來分析處理。

相比于目前傳統(tǒng)的電子水表，EPSON的電子水表方案具有如下明顯的優(yōu)勢：

流量測量性能/功能提高

方案中采用的一顆AMR傳感器芯片采用小型的SOP8封裝，內(nèi)部集成了兩組全橋 磁阻網(wǎng)絡，互呈45度角放置， AB兩相輸出為相位差90度的正弦/余弦信號，每一相都采用差分輸出方式（+Sine, -Sine, +Cosine, - Cosine），這有助于消除同相噪聲帶來的誤差。