温控计量产品中的低功耗设计

“节能”一直以来都是人们比较关注的话题，国家在十一五规划纲要中明确提出“节能减排”概念后，使得大家的节能环保意识更加高涨。事无巨细，人人有责。下面我公司（济宁金水科技有限公司)来和大家共同探讨一下在电子产品设计过程中的节能问题，也是行业人士经常提及的低功耗设计，不足或者欠缺的地方欢迎大家多多指正，多多交流。

    当产品中的电池容量一定时，如果想要产品工作更长的时间，就必须在产品设计时注意，无论是硬件还是软件，都必须从能量利用最大化，消耗最小化出发。即使在对电能要求不严格的产品中，我们也必须遵循这个观点，因为电流的大小，不仅仅关系在节能方面，而且这也关系到产品的电气性能、EMI等问题。本文将以热计量系统中常用的几个产品设计为中心，分别从硬件设计和软件编程方面探讨下产品的功耗问题，如何让功耗降到极限，是我们电子工程师们一直以来坚持不懈的追求。

一、 硬件设计：

    1、器件选型：板子的一个重要部分是MCU，MCU部分应该选择低功耗系列的MCU，这种MCU除了本身硬件设计初期就为实现低功耗应用而作了优化以外，而且其工作频率和外设都是根据应用需要进行开闭的，这无疑给了我们很大的优化空间；另外一个部分就是板载供电系统，像温控器和热量表都是电池供电系统，因此一个好的LDO也是最终产品功耗低的关键，LDO首当选择低压差、低静态电流的。

    2、电路设计：降低板子中的电流大小，能量辐射降低，可以极大的改善产品的EMI性能。因此，在电路设计中，一切从低功耗出发，电路中的电阻当然是在满足功能和性能的前提下，尽量大些。像MBUS电路部分需要使用光耦隔离，综合成本和性能考虑，建议选择CTR参数比较大一些的光耦，这样，即使源端比较小的电流，即可在受控端产生足够的电流让其饱和导通，正确表达电路的逻辑。如下图所示，R4尽量选用的大些，这样在MCU发送低电平的时候，可以减少其汲取的电流。当然，这需要我们选择对的光耦才行，如果光耦选择不当，二极管驱动电流必须增大，方可是光敏三极管饱和导通，才能表述电路中正确的逻辑。不要以为平时不通信，就可以省略。低功耗产品的设计，必须斤斤计较，能扣则扣，半点马虎不得。

图一 MBUS光耦隔离部分原理

 二、软件设计

在选择好正确的MCU后，系统软件程序的设计将是影响系统功耗的一个主要因素。虽然MCU的功耗包含很多，静态功耗，动态功耗，运行功耗等，但我们一般往往将MCU的平均功耗作为衡量系统功耗的一个标准。平均功耗由下列主要参数组合而成: 运行功耗及运行时间，静待功耗及待机时间，不同运行模式之间的切换时间。因此为了从程序代码方面降低系统功耗，我们必须从上述影响系统功耗的参数方面着手。

首先必须根据系统完成的功能情况，选择MCU工作主频，主频的高低不仅影响程序的执行效率，而且也是功耗中的重要贡献者。

    另外，恰当选择MCU的工作模式 不同类型的MCU其工作模式不尽相同，但一般分为正常工作模式，在这中模式下，CPU内核激活，全部外设时钟开启，可以自由执行程序代码以及控制MCU的各外设工作情况等；低功耗模式，低功耗模式也可根据系统时钟和资源的配置情况分成不同的等级，这种模式下一般是关闭了某些外设的时钟、内核时钟等。当我们选择了系统的低功耗模式后，另外还应该恰当的控制MCU从低功耗中唤醒的频率。一般采用中断唤醒或者定时唤醒。

    再者，注意单片机中没有用到的IO口的处理。根据其IO结构可将其全部设为输出状态，且输出为0，关闭上拉等。总之，切记一定要记得处理这些端口，以减少耗电为原则。

    三、产品设计中的一些技巧和经验分享：

    1、阀门上单的时候一般需要初始化其开闭状态，为了避免同时开关阀让电源负载瞬间增大的话，可适当错开阀门的时间，具体实现方法需要程序设计者在上电后延时一随机时间后在让阀门执行动作；

    2、建议阀门最好有备用电源(法拉电容或者电池)，可以确保主电源断电的时候，不影响用户的使用；

    3、针对有触摸型的面板，触摸扫描频率越低功耗也就越低，但是用户的体验感差。可以在触摸识别之后，迅速增加扫描频率，在无人操作之后降低，这样可以兼顾用户的体验感和功耗问题。