基于A(yíng)MR技術(shù)的智能水表計劃

隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )不斷的發(fā)展，作為不可替代的自然資源--水資源也開(kāi)始面臨著(zhù)種種問(wèn)題和危機。人口的增長(cháng)、工農業(yè)的快速發(fā)展，使得人類(lèi)對水的需求逐年增加。無(wú)序的開(kāi)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(lái)越饑渴。各國政府和組織都相繼制定政策和法規力圖建立節水型社會(huì )體系。一系列的節水措施給水表制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)機遇，同時(shí)也提出了挑戰。

目前國內水表的種類(lèi)很多，按照測量原理可以分為速度式水表和容積式水表，按照結構和技術(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了國內水表市場(chǎng)的絕大多數。但隨著(zhù)計量技術(shù)的發(fā)展，也日益暴露出很多問(wèn)題：

始動(dòng)流量大，也就是靈敏度差漏損率高穩定性差性能低，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(shí)際需求出發(fā)，并考慮與國外先進(jìn)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(mǎn)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定。傳統的機械式水表往往因為系統材料、機械加工等原因，大多量程比不高，要實(shí)現新標準要求的更高量程比的水表，往往需要非常長(cháng)的設計、測試和標定周期，往往造成更多的資金、人員和時(shí)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(chǎng)合，無(wú)法大規模的應用于普通電子水表中。

如何在保持現有基表設計的基礎上設計出更高計量參數的水表也現實(shí)地擺在水表行業(yè)面前。EPSON結合自身電子元器件特點(diǎn)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(wèn)題。該方案仍然采用普通的速度式水表基表部分，取消了傳統計數齒輪和磁簧開(kāi)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(lái)檢測葉輪轉動(dòng)，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(shí)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計理念，也體現在這款電子水表方案中。無(wú)論是專(zhuān)用處理器和各向異性磁阻傳感器（AMR）都采用低功耗設計生產(chǎn)技術(shù)，特別針對電池供電系統。

方案框圖如圖所示：

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

除了一般流量統計外，專(zhuān)用處理器還支持多種檢測模式，例如瞬時(shí)流速、滴漏檢測，水流倒轉等附加功能，為流量的實(shí)時(shí)檢測、實(shí)時(shí)控制提供了便利。水流方向的設置，即使水表倒裝，也可以正常統計反轉流量； 檢測周期的設置，讓開(kāi)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成。薄膜電阻值隨著(zhù)外加磁場(chǎng)的強度和方向而變化，因此被稱(chēng)為各向異性磁阻傳感器（Anisotropic Magnet Resistance），當外界磁場(chǎng)方向垂直于電流方向時(shí)（90°。270°），電阻變化最大，外界磁場(chǎng)方向平行于電流方向時(shí)，電阻變化最??；根據這個(gè)特性，將磁場(chǎng)方向轉變?yōu)殡娮枳兓?，進(jìn)而轉化為電壓的變化，最終由微處理器來(lái)分析處理。

相比于目前傳統的電子水表，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，內部集成了兩組全橋 磁阻網(wǎng)絡(luò )，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(lái)的誤差。