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Durchfluss präzise messen: Mikrocontroller für Ultraschallerfassung

| Redakteur: Michael Eckstein

50 Prozent weniger Bauteile, 25 Prozent weniger Strom: Mit seinen neuen Ultraschall-MCUs und den ebenfalls neuen Referenzdesigns will TI sowohl elektronische als auch mechanische Wasserzähler intelligenter und sparsamer machen.

Hört genau hin: Speziell auf Durchflussmessungen ausgelegter Mikrocontroller der neuen MSP430FR6047-Familie.
Hört genau hin: Speziell auf Durchflussmessungen ausgelegter Mikrocontroller der neuen MSP430FR6047-Familie.
(Bild: Texas Instruments)

Bei allen Vorteilen, die die Smart-Home-Technik bietet, wird gerne vergessen, dass viele Produkte dauerhaft Strom verbrauchen. Umso wichtiger ist es, dass Hersteller bei allen eingesetzten Komponenten auf eine möglichst geringe Energieaufnahme achten. Auf spezielle Einsatzbereiche abgestimmte Produkte sind häufig besonders sparsam.

Ein Beispiel: Texas Instruments (TI) hat eine neue Familie von MSP430-Mikrocontrollern (MCUs) mit integriertem Analog Front End für die Ultraschallerfassung vorgestellt. Sie sind für den Aufbau smarter, stromsparender Wasserzähler vorgesehen. Vorhandene mechanische Wasserzähler lassen sich mit zwei neuen Referenzdesigns von TI aufwerten, die ebenfalls auf den neuen MCUs basieren. Sie erweitern die Uhren nachträglich um AMR-Fähigkeiten (Automated Meter Reading; dt.: Zählerfernauslesung).

Nach Aussagen von TI besteht eine wachsende Nachfrage nach präziseren Wasserzählern und der Möglichkeit, den Wasserverbrauch aus der Ferne ablesen zu können. Exakte Messungen ermöglichen den Versorgern eine zeitnahe, präzise Rechnungsstellung.

Mehr Intelligenz und Genauigkeit bei der Durchflussmessung

Im Rahmen des extrem stromsparenden MSP430 MCU-Portfolios für Sensing- und Messanwendungen bietet die MCU-Familie MSP430FR6047 Entwicklern die Möglichkeit, Durchflussmesser mit mehr Intelligenz auszustatten. Die Controller setzen auf A/D-Wandler für die Signalverarbeitung ein und erfassen die vollständige Wellenform.

Laut TI ermöglicht diese Technik besonders genaue Messungen: Selbst bei Durchflussraten von weniger als 1 Liter/h erreichen die Controller demnach eine Genauigkeit von 25 ps oder besser. TI gibt zudem an, dass die MSP430FR6047-MCUs den Bauteileaufwand für Wasserzählersysteme um 50 Prozent und den Stromverbrauch um 25 Prozent reduzieren. Ein Zähler komme damit ohne Laden der Batterie auf Betriebszeiten von zehn Jahren und mehr.

In die neuen MCUs integriert sind ferner ein stromsparendes Beschleunigermodul für die Signalverarbeitung, 256 KB FRAM (Ferroelectric Random Access Memory), ein LCD-Treiber und eine Zählertest-Schnittstelle.

Damit Entwickler schnell zu Ergebnissen gelangen – TI spricht von wenigen Monaten bis zur Markteinführung – stellt der Chipanbieter das MSP430 Ultrasonic Sensing Design Center bereit. Es enthält Tools für eine zügige Entwicklung und lässt sich individuell anpassen. Zum Lieferumfang gehören Softwarebibliotheken, eine grafische Benutzeroberfläche (GUI), Evaluation Module mit Metrologie-Funktionen und DSP-Bibliotheken (Digital Signal Processing).

Kompakte Referenzdesigns ergänzen mechanischer Zähler um Drahtloskommunikation

Das neue „Low-Power Water Flow Measurement with Inductive Sensing“-Referenzdesign implementiert laut TI eine kompakte Lösung für die elektronische Messung mechanischer Durchflusszähler mit geringem Stromverbrauch. Auf der Basis der SimpleLink™ Dual-Band Wireless MCU CC1350 soll dieses Referenzdesign Entwickler außerdem die Möglichkeit bieten, eine drahtlose DualBand-Kommunikation in AMR-Netzwerken nachzurüsten.

Designer können demnach den geringen Platzbedarf des Referenzdesigns nutzen, um bestehende mechanische Durchflussmesser aufzurüsten. Wasserversorger wären dadurch in der Lage, AMR-Fähigkeiten nachzurüsten, ohne die vorhandenen Zähler mit hohem Kostenaufwand austauschen zu müssen. Die Wireless MCU CC1350 nimmt beim Messen der Wasser-Durchflussrate nur 4 µA auf.

Bei dem zweiten, ebenfalls neuen Referenzdesign handelt es sich nach Angaben von TI um eine extrem stromsparende Lösung auf der Basis der SimpleLink™ Sub-Gigahertz Wireless MCU CC1310. Das „Low-Power Wireless M-Bus Communications Module“-Referenzdesign verwendet den Wireless M-Bus Software-Stack von TI und unterstützt laut Hersteller sämtliche Betriebsarten des Wireless M-Bus im 868-MHz-Band.

MCU-Muster sind im TI Store ab sofort verfügbar. Das Evaluierungsmodul EVM430-FR6047 kostet 249 Dollar, die die Software MSP430 Ultrasonic Sensing Design Center bietet der Hersteller als kostenlosen Download an. Darüber hinaus führt TI mit mehreren Videos in das Thema Ultraschall-Sensorik ein.

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