智能表计

随着现代表计智能化、集成度越来越高,对MCU的性能以及外设功能的需求越来越多,对功耗的要求越来越严苛。而万物互联时代赋予智能表计更丰富的联网功能,需要MCU提供更强的安全特性,更大的资源完成OTA 升级。

MCU是智能表计的核心元件,是否具备高性能、高度集成、高安全性、高性价比、低功耗和小型封装等,是表计厂家开发人员评估一款MCU是否有竞争力的关键。

ST最新一代超低功耗入门级MCU系列 STM32U0 实现了功耗、功能和成本完美平衡,为入门级电池供电设备开发者带来更多的自由设计空间,可广泛应用于:恒温器、烟火探测器、热能表、门锁、医疗设备(胰岛素注射泵、血糖仪)、智能表计(水表、气表、电表、智能家居网关)和消费电子(活动追踪器、GPS、耳机)等领域。

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STM32U0主要特性包括:
  • 优异的静态功耗与较高的性能

  • 适用于表计的外设接口 (段码驱动,LPUART,LPTIMER)

  • 增强的信息安全功能

  • 较大的Flash/RAM 资源, OTA 升级能力

超低功耗与高性能

智能水表和燃气表通常采用电池供电,对低功耗的要求极其苛刻。MCU是系统中的主控单元,不但需要有超低功耗能力,还要有灵活的功耗管理方式,协调外围电路达到最佳整机功耗。

STM32U0凝聚了多项出色的超低功耗技术:超低漏电流技术,更多的 ULP 模式,待机模式 (With RTC) 电流仅为230nA, 关断模式电流只有16nA。STM32U0在不同成本敏感型基础应用都有优异的低功耗表现,较前几代产品功耗下降显著:静态功耗比上代产品降低94%,动态功耗降低52%,大大延长表计电池的续航时间。
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在使用RTC的情况下待机模式消耗电流仅为230 nA,而在关断模式下该电流仅为16 nA。水气表类产品在大部分时间都处于休眠状态,且偶尔会被短时间唤醒,如此低的功耗使得开发人员能够自由执行大幅优化,并能够选择使用原始电源。

一个负责设计智能水表应用产品的团队在转为使用STM32U0之后,将产品的能耗降低了50%。这些工程师能够设计出功能更加强大的产品,且仍然能够节省大量的能源。

高集成度和丰富外设

在外设方面,智能表计要求MCU具备多种不同功能的外设,并为常用功能提供额外的低功耗外设选项,同时还要全部配有中断功能。-除了机械数字显示外,智能表计还需要LCD段码屏显示,需要MCU支持段码屏驱动模块。

在数据测量方面,高精度ADC是低功耗MCU获取高质量传感器读数的关键。在封装方面,超小型的MCU封装有助于设计人员应对空间挑战。


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STM32U0具有高集成度,包括 LCD 驱动器、多个模拟外设、MSI内部振荡器、ART 加速器、触摸控制器、信息安全功能等。STM32U0内置LCD段码屏驱动,不需要外置高速晶振,增强的TSC 触摸按键控制器,以及优化的复位电路均可帮助开发者优化BOM成本。

STM32U0沿用STM32L0、STM32L4 和 STM32U5 中已嵌入的多项功能,引脚兼容STM32L0和STM32L4 系列,并通过有吸引力的售价,帮助用户实现能耗、功能与成本的最佳组合。

STM32U0系列目前可提供10种不同封装形式和2种存储器尺寸配置,以及可选的安全特性,构建了丰富的产品组合,用户可根据自己的需求自由选择。

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增强的信息安全

智能表计需要处理大量的数据,支持复杂的计量和通信功能,并确保数据的安全性和准确性。因此,MCU不仅需要具备强大的处理能力,还需要具备高可靠性和完善的安全机制。

STM32U0具备增强的固件保护功能/更高的信息安全特性,其安全功能包括:带有128位密码回退机制的三级RDP 保护,以及具有隐藏保护(HDP)的安全引导和安全固件更新保护。STM32U0还获得了SESIP 3级认证、PSA认证L1认证,以及RNG NIST SP800-90B认证等多项安全性证书。产品认证为客户带来第三方对STM32U0的安全功能保证,产品制造商可以利用安全认证达到即将生效的自愿性的美国网络信任标志认证和强制性的欧盟无线电设备认证指令(RED)的要求。

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在安全软件开发方面,STM32U0支持安全固件更新(使用HDP隔离固件解密密钥),并支持STSAFE-A 设备身份验证。此外,STM32U0还拥有新增/升级的IP ,如灵活的ART Accelerator™ 加速器(提高执行效率),3 个ULP timer(性能增强),非常适用于类似水表这种脉宽调制应用。

更大的Flash/RAM 资源和OTA 升级能力

智能表计产品的升级功能也很重要,除了MCU产品的低功耗特性外,还要有较大的存储空间来进行OTA升级备份处理。

STM32U0具有高达256KB的闪存、多达81引脚的封装和56MHz的主频,更大的Flash 资源可以帮助客户更容易完成OTA 升级,内置的安全功能可以保证OTA 升级固件的完整性和安全性。

完整的生态系统支持

为加快应用开发,ST基于STM32Cube框架提供丰富的工具和软件,为开发者提供全程设计支持。ST还为STM32U0系列提供丰富开发工具,包括多款STM32U0 评估板和探索套件,加速功能评估、原型设计和产品设计。

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STM32U0 在水表、气表中的成功案例

Ascol开发各种创新的电子产品,聚焦于物联网技术。他们正在设计一款超声波水表,电池续航时间超过10年,集成显示实时数据的LCD面板,以及必要的安全保护功能。他们发现STM32U0是一个完美的解决方案,支持其开发低成本、超低功耗、安装简便、免维护、计量精确的水表。当规模部署在客户的给水管网时,新水表将改善对漏水的控制,并有助于降低环境影响。

STM32U0配备LCD段码显示控制器,有助于提高应用的成本效益。带有LCD面板的设备,例如Ascol的水表、恒温器、智能零售标签、门禁面板和工厂自动化控制设备,可以利用这个配置来降低PCB成本。STM32U0 MCU的其他超值功能包括各种模拟外设,例如,模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、运算放大器和比较器。片上还集成一个系统振荡器,有助于减少物料清单,节省成本和PCB空间。

通过使用32.768KHz LSE低速晶振校准MSI 时钟,MSI 时钟精度可以达到PPM 级,这样可以节省掉HSE 外部时钟的同时,达到很高的时钟精度。

凭借优异的静态功耗、多个超低功耗模式、高集成度,以及可显著优化BOM成本等特性和优势,STM32U0将为以电池供电的入门级嵌入式系统带来节能降耗、更长续航能力、支持更多接口的成本效益型方案。

来源:STM32

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在新基建的风口下,智慧城市建设正跨入新的发展阶段,水、电、热作为不可或缺的基础生活元素也在向智能化方向发展,而用于计量的表计也快速向具备通信能力的智能水热气表升级。

1.png市场正处于高速发展时期,MCU作为智能表计系统中的主控单元,全行业对其品质和性能的要求极高——

  • 超低功耗,具有灵活的功耗管理方式,以智能化协调整机维持在最低功耗;

  • 高集成度,具备丰富的功能组件和接口资源,以减少外围器件,同时兼顾性价比;

  • 安全可靠,因智能表计安装和使用场景限制,维护替换成本较高,所以产品安全性和可靠性尤为重要。

超低能耗MCU产品HK32L08x,三大核心优势助力破局

航顺芯片基于ARM®Cortex®-M0内核的超低能耗MCU产品HK32L08x进一步完善HK32L0xx系列MCU芯片产品线,助力客户破解智能表计产品设计难题。

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超低功耗HK32L0xx家族产品功能框图

(一)支持多种工作模式组合,实现超低功耗。为了配合不同的应用需求,并达到系统平均功耗的最小化,低功耗 MCU提供多种操作模式,让用户灵活调配应用;

  • 正常运行模式:CPU 内核及外围正常工作,能实时改变 CPU 及外围的工作频率或关闭不需要的时钟源以获得最佳的工作效能。

  • 低频工作模式:CPU 内核及外围工作于低频的时钟源,例如内部低频 32K RC 震荡器。

  • 普通STOP模式:内部所有寄存器和存储器的值保持不变,关断内部时钟源和内部模拟模块,LDO保持为正常工作状态,使芯片能快速唤醒,以便响应实时性要求高的外部请求。

  • 低功耗STOP模式:内部所有寄存器和存储器的值保持不变,关断内部时钟源和内部模拟模块同时LDO切换到低功耗模式。

  • STANDBY RTC 模式:关闭内部LDO ,内部RTC运行计时。

  • STANDBY模式:关闭内部LDO ,只保持少量备份寄存器的数据,仅部分IO管脚持续供电,由IO管脚或复位 (Reset) 管脚唤醒MCU。

(二)丰富的功能组件和接口资源

  • 外设通讯支持2路USART、2路UART和1路低功耗UART,2路IIC、2路SPI、 1路CAN 2.0 和1路USB 2.0 device。

  • 支持1路16位高级定时器,3路带死区互补输出和刹车功能,可应用于电机控制。

  • 支持4*32或8*28段式LCD控制器。

  • 支持1个16通道12位高精度ADC,1个12位DAC,2个电压比较器和3个运放。

(三)高安全设计技术

  • 内嵌硬件实现的AES电路,可支持128位、192位和256位密钥长度。

  • 内嵌硬件读写保护电路保护芯片内部Flash的数据安全。

  • 内嵌硬件加密电路加密存储在内部Flash的程序和数据,防止芯片被开盖窃取Flash程序和数据。

同时,航顺芯片HK32L08x家族产品阵列丰富,设计有多种封装型号,可满足客户不同设计需求:

  • HK32L08xRBT6(LQFP64封装):HK32L084RBT6、HK32L088RBT6(具备EEPROM存储器)

  • HK32L08xCBT6(LQFP48封装):HK32L084CBT6、HK32L088CBT6(具备EEPROM存储器)

  • HK32L08xKBT6(LQFP32封装):HK32L084KBT6、HK32L088KBT6(具备EEPROM存储器)

  • HK32L088CBU6(QFN48封装)(具备EEPROM存储器)

  • HK32L08xKBU6(QFN32封装):HK32L084KBU6、HK32L088KBU6(具备EEPROM存储器)

面对新一代智能物联表的应用,智能表计MCU芯片运算速度、存储容量、处理能力和制程工艺还需进一步提升,航顺芯片将在智能表计MCU上持续研发投入,布局更低功耗、更高集成度和更高安全性的MCU产品,为行业带来性能和品质更优的产品及解决方案。

来源:航顺芯片

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服务多重电子应用领域、全球排名前列的半导体公司意法半导体(STMicroelectronics简称ST纽约证券交易所代码:STM)日前宣布与新加坡智能表计厂商 Sindcon(新加坡)物联网科技私人有限公司合作,用意法半导体的 STM32WLE5 LoRaWAN® 无线微控制器改造升级Sindcon的智能表计,部署到 Sindcon 在印度尼西亚雅加达的由五万多块水表、燃气表和电表组成的能源网络。

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意法半导体亚太区(除中国外)市场总监 Paolo Oteri 表示:“STM32WLE5 微控制器 (MCU) 采用长距离低功耗无线通信技术,可以通过LoRaWAN 无线网络远程抄表,有效解决在地貌广阔、多样化的雅加达市区和森林密布的地区的抄表难题。STM32 无线微控制器是一个尺寸轻巧的系统芯片 (SoC),可以让 Sindcon等客户在智能表计中集成更多功能,而不会增加产品的体积或外形尺寸。”

Sindcon 首席执行官Chen Deyu表示: “在雅加达,Sindcon智能表计安装在公寓、小区、工业供水设施和购物中心内,这样的安装环境使得抄表具有相当大的难度,而且成本昂贵。我们选择 STM32WLE5 是因为它为客户带来了集成度高的优势,并且优化了智能表计的性能、尺寸、安全性和功耗。”

该项目将是 Sindcon在印度尼西亚首次部署基于意法半导体的STM32WLE5CC 无线 MCU的智能表计。STM32WLE5CC是一款高度集度的Sub-GHz 无线微控制器,搭载主频48 MHz 的 Arm® Cortex®-M4处理器内核,集成256 KB 闪存、64 KB SRAM、LoRa® 调制器和 AES 256 位加密单元。

Sindcon的升级能源表采用 STM32WLE5,包含先进的电池管理系统,支持远程抄表十年准确无误。

这些表计目前正在改造升级中,将于 2023 年底完成全部安装。

升级能源表将在 2023 年 10 月 18 日至 20 日新加坡博览中心举行的汉诺威工业博览会亚太工业转型 (ITAP)展览会上展出,请预留参展时间,现场体验我们的产品。

LoRaWAN (远程广域网) 是一种专为物联网 (IoT) 设备设计的超低功耗无线通信协议,基于LoRa(远程无线通信)调制技术,通信距离远,功耗极低。LoRaWAN 工作在免执照的无线电频段,这意味着不需要许可证或付费。这项技术通常用于智能城市基础设施、工业自动化和农业监测等设备传输低带宽数据。LoRaWAN 网络通常采用星形网络拓扑,网关是终端设备和中央网络服务器之间的中转站。

总部位于新加坡的 Sindcon 公司正在通过创新的一站式物联网计量解决方案(从设备到物联网平台)彻底改变物联网 (IoT) 行业。该公司的 LPWAN 技术是一个高能效、高经济效益的物联网连接解决方案,使企业和个人能够更轻松地访问实时数据,做出知情决策。公司的LoRaWAN®智能燃气表、水表和电表已投入商用,并已部署在新加坡、印度尼西亚和马来西亚的多个项目。无论是智慧城市项目、环境监测,还是能源管理,Sindcon 的一站式物联网计量解决方案正在改变整个地区。成立于2015 年,Sindcon由一位在博通公司工作 10 多年的半导体设计专家一手创建,现已迅速成长为物联网计量解决方案领域的先锋。公司创始人是一名博士, 毕业于新加坡名校南洋理工大学。Sindcon 得到了新加坡 TWO Family Office 的资金支持。了解更多信息请访问 Sindcon 网站:http://www.sindcon.com.sg/index.html

关于意法半导体

意法半导体拥有5万名半导体技术的创造者和创新者,掌握半导体供应链和先进的制造设备。作为一家半导体垂直整合制造商(IDM),意法半导体与二十多万家客户、数千名合作伙伴一起研发产品和解决方案,共同构建生态系统,帮助他们更好地应对各种挑战和新机遇,满足世界对可持续发展的更高需求。意法半导体的技术让人们的出行更智能,电源和能源管理更高效,物联网和互联技术应用更广泛。意法半导体承诺将于2027年实现碳中和(适用于范围1和2,部分适用于范围3)。详情请浏览意法半导体公司网站:www.st.com

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