随着5G和物联网技术的快速发展，百姓日常生活中使用的燃气表、水表等也逐渐发展到了能支持“远程抄表、远程控制和远程更新等”功能的物联网表时代。这些物联网燃气表、水表作为城市能源供应和民生保障的表计计量设备，低功耗性能和安全性成为设计过程中的关键技术点。基于NB-IoT联网技术的智能燃气表采用电池供电需要超低功耗MCU进行控制;燃气表联网所需的身份和数据交互需要安全MCU提供信息安全防护，华大电子Arm Cortex-M0+内核CIU32L0 系列MCU产品同时满足超低功耗和信息安全要求。 产品主要应用场景包括智能表计(燃气表、水表)、便携医疗、智能门锁等。华大电子面向智能燃气表的应用场景和业务功能，设计开发了CIU32L061超低功耗安全MCU的智能燃气表方案。 方案介绍： 图1 智能燃气表解决方案硬件 智能燃气表解决方案硬件主要由控制主板、电池底板、计数码盘和阀门电机四部分组成。控制主板上配置有NB-IOT模块用于与总站后台进行远程通信。远程通信流程如下： 图2 远程抄表信息交互流程 燃气表通过CIU32L061安全MCU内部实时时钟RTC定时唤醒，每日定时与燃气公司后台总站进行信息交互，同步表信息，以实现远程抄表功能。 图3 远程充值信息交互流程 燃气表远程充值信息由密文下发，如图3所示，其中加解密操作由CIU32L061安全MCU的内置加密算法协处理器实现，远程充值通信交互流程如下： 表端发起远程通信后，由燃气公司后台总站发送鉴权指令，发起充值鉴权流程。表端接收该指令后向后台总站反馈鉴权结果。后台总站确认鉴权结果无误后向表端以密文发送充值信息，密文信息由表端接收解密，完成充值流程。 图4 智能燃气表解决方案硬件框图 智能燃气表解决方案采用华大电子CIU32L061N8PA安全MCU为主控芯片，其Stop模式(CPU、RAM、IO状态可维持)功耗仅为1.55uA，非常适合用于电池供电场景，可极大的提高电池的使用寿命。芯片最高主频可达48MHz，支持MPU、单周期乘法指令，内置128K Flash、16K SRAM，可实现大量数据的存储和高速处理。内置LCD模块可直接驱动LCD段码显示屏，无需外围LCD显示驱动芯片，且LCD模块支持电荷泵升压显示，对比度可调，以取得不同屏幕的最佳显示效果，支持高驱和低驱显示的动态切换，提升低功耗显示效果，免去外部电容，节约BOM成本。该产品的IO利用率高达近90%，在同样的应用场景下，用户可以选择更小的封装以降低产品成本。该芯片具有高集成度，外设接口丰富，支持2路SPI、2路I2C接口以及4路USART接口与1路LPUART接口(支持低功耗唤醒与FIFO)，其中SPI接口最高速率可达16Mbps。 CIU32L061产品配备1个低功耗定时器(支持正交/非交编码计数和错误计数报警)和2个低功耗比较器，可支持各类流量传感器的接入(干簧管、霍尔等)，在低功耗模式下实现对用气或用水的精确可靠测量。具有高级定时器等11个定时器，包含看门狗与RTC模块，其中增强型RTC模块校准精度可达±0.477ppm，支持亚秒计数，微秒级唤醒定时器、支持温度补偿校准。内置高精度时钟源，全温度范围精度误差小于2%，可免除外部晶体，进一步节约BOM成本。 CIU32L061产品配备12位高精度ADC，外部参考电压或内部高精度参考电压可选，可用于对电池电量的实时监测，最高采样速率可达1.14Msps。 CIU32L061安全MCU支持硬件入侵监测模块(TAMP)，可实现燃气表的防拆检测功能，低功耗且抗干扰能力强，防拆状态不可逆，即气表一经触发防拆，无法恢复至未拆状态，阀门无法再次打开，以避免私拆气表产生的安全隐患。
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