熱分配表（HCA）是智能電子設(shè)備，其在使用集中、輻射供暖系統(tǒng)的多層住宅建筑物中通過獨(dú)立裝置測(cè)量熱能。這種測(cè)量用于分配操作中央加熱系統(tǒng)的總成本。

HCA可能是市場(chǎng)上最“簡(jiǎn)單”（在功能方面）的分項(xiàng)計(jì)量裝置，并具有極低的功耗預(yù)算：平均只有幾微安。通常來講，HCA中的微控制器（MCU）運(yùn)行一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）；控制低功率段LCD（通常50-100段）；定期讀取兩個(gè)溫度傳感元件；并定期運(yùn)行RF傳輸，其傳播最新的HCA讀數(shù)和其它數(shù)據(jù)。多數(shù)情況下，一個(gè)雙向紅外（IR）通信端口可將移動(dòng)讀數(shù)裝置連接到IR端口，以讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入HCA裝置。

HCA最重要的設(shè)計(jì)考慮因素

正如每個(gè)大容量應(yīng)用一樣，單位成本（包括物料清單[BOM]和制造成本）是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)考慮因素。系統(tǒng)設(shè)計(jì)所消耗的最低能量將減少產(chǎn)品壽命周期所需的電池大小，并降低系統(tǒng)成本。

實(shí)施我上面列出的相對(duì)簡(jiǎn)單的HCA功能時(shí)，若它們都需在一個(gè)單一的主鋰亞硫酰氯或鋰二氧化錳電池（能力處在900mAh至1.2AH范圍）運(yùn)行12年以上時(shí)，這將變得更具挑戰(zhàn)性。電池若想獲得如此壽命，需要一個(gè)專注HCA各個(gè)功能超低功耗的高度優(yōu)化的硬件和軟件設(shè)計(jì)。例如，一個(gè)集成的SAR ADC（若低功率的ADC模塊可用）可以測(cè)量NTC元件或LMT70A CMOS傳感器的溫度；因此可通過模擬比較器進(jìn)行斜率轉(zhuǎn)換，這在應(yīng)用報(bào)告“通過斜坡A / D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)一個(gè)超低功耗的溫控器”中所述。

早期HCA產(chǎn)品基于兩種芯片解決方案：超低功耗MSP430? MCU和射頻鎖相環(huán)（PLL），我們稱之為第一代HCA。第二代設(shè)備采用更先進(jìn)的微控制器（如閃存或基于FRAM的MSP430 MCU），連同集成射頻發(fā)射器設(shè)備（如TI的低于1GHz CC115L或CC1175的解決方案），或者只是用集成RF的單芯片CC430 MCU。

雖然雙向RF通信對(duì)于HCA來講并非強(qiáng)制項(xiàng)，但有時(shí)使用它時(shí)基于專有的RF協(xié)議，用于將數(shù)據(jù)從一個(gè)HCA傳送到另一個(gè)HCA。自2005年發(fā)布?xì)W洲wM-總線標(biāo)準(zhǔn)（EN13757-4）以來，目前市場(chǎng)上的許多計(jì)量和分項(xiàng)計(jì)量HCA產(chǎn)品使用wM總線作為射頻協(xié)議，盡管許多專有協(xié)議仍處在433和868 ISM頻帶。

一些供應(yīng)商提供多協(xié)議HCA，支持其專有的RF協(xié)議與通用wM總線S、T和C模式并行。這種情況下，應(yīng)用程序中的閃存/ FRAM大小和RAM資源需求顯著增加。諸如MSP430FR9672 MCU系列的FRAM基MCU可動(dòng)態(tài)地移動(dòng)程序代碼大小和RAM大小之間的分區(qū)，從而提供與閃存基MCU相比所具有的一些成本優(yōu)勢(shì)，這需要更大的內(nèi)存導(dǎo)數(shù)。

十多年來，TI一直是HCA市場(chǎng)的先鋒，而MSP430F4xx系列為性能和MCU超低功耗設(shè)定了規(guī)則。隨著現(xiàn)有MCU產(chǎn)品功能在過去五到六年中得到顯著改善，通過閃存技術(shù)ARM基MCU架構(gòu)現(xiàn)也能夠滿足HCA功率和系統(tǒng)要求。

TI最近在HCA市場(chǎng)推出了幾款FRAM基MCU參考設(shè)計(jì)。這是第二代的型式設(shè)計(jì)。用于熱分配表的匹配精密溫度傳感參考設(shè)計(jì)（TIDA-00646）分析溫度測(cè)量子系統(tǒng)，并通過高精度匹配模擬CMOS傳感器（LMT70A）取代傳統(tǒng)NTC傳感器提供了一種新途徑。

閃存基SimpleLink? Sub-1GHz CC1310無線MCU采用集成的超低功耗傳感器控制器外設(shè)，包括一個(gè)SAR ADC12模塊，通過最小功率預(yù)算打開電源并讀取LMT70A傳感器。

圖1：TIDA-00646和TIDA-00838框圖

通過將相同的PCB用作HCA的匹配精密溫度傳感參考設(shè)計(jì)，wM總線頻段處在868 MHz的熱分配表參考設(shè)計(jì)（TIDA-00838）使用雙傳感器測(cè)量法的EN834標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步擴(kuò)展了HCA系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)。

這兩種參考設(shè)計(jì)在+20至+ 85℃溫度范圍內(nèi)無需任何校準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于0.5℃的精度，即使使用不匹配的（LMT70）溫度傳感器。使用LMT70A（匹配的CMOS溫度傳感器類型）完全消除了制造過程中的校準(zhǔn)需求，并降低了制造成本。CC1310無線MCU還在868MHz頻段為S、T和C模式（儀表設(shè)備）提供無線wM總線支持，并可下載開源代碼示例。

MSP430FR4133 MCU運(yùn)行HCA應(yīng)用程序代碼和RTC，并控制一個(gè)96段LCD，它總是處在啟動(dòng)狀態(tài)。包括wM-總線電報(bào)的周期性RF傳輸在內(nèi)的所有這些任務(wù)通過關(guān)閉分段LCD顯示器，并每隔4秒進(jìn)行溫度感測(cè)（4秒比平常更頻繁的字段）減少3.2μA的電流。

HCA的未來前景如何？

半導(dǎo)體技術(shù)的近期發(fā)展表明，第三代HCA設(shè)備將是一種具有更低功耗的單芯片解決方案，可進(jìn)一步減小電池尺寸，并可能集成XTALs（32.768kHz睡眠模式或24MHz RF系統(tǒng)時(shí)鐘）進(jìn)而減少額外的BOM成本。通過集成用于換衡器和射頻匹配件的無源元件，節(jié)約總成本是可能的（因此BOM成本也會(huì)降低），這可實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單和更快速的設(shè)計(jì)和制造。一些未來的HCA產(chǎn)品甚至可以使用雙頻段解決方案，其可提供一個(gè)Sub-1 GHz和Bluetooth?低功能協(xié)議連接，通過Bluetooth?啟用低功耗的智能手機(jī)或平板電腦可更方便地讀取和配置。

即使出現(xiàn)相關(guān)的額外費(fèi)用，新的射頻通信技術(shù)可能有助于降低HCA的總擁有成本。建設(shè)和維護(hù)自動(dòng)讀取和計(jì)費(fèi)的基礎(chǔ)設(shè)施的成本大大降低抵銷了不斷增加的HCA裝置成本，以支持物聯(lián)網(wǎng)（IoT）（如SIGFOX）的遠(yuǎn)程協(xié)議。通常來講，此類基礎(chǔ)設(shè)施包括多電池供電網(wǎng)關(guān)（或數(shù)據(jù)收集器），其可在它們之間進(jìn)行通訊并合計(jì)讀出值送至后勤部門。SigFox技術(shù)可作為一個(gè)合適選項(xiàng)改變?nèi)缃癫渴鸬某汕先f的HCA裝置的讀數(shù)。

雖然TIDA-00838參考設(shè)計(jì)是一個(gè)極佳的HCA解決方案，但兩個(gè)MCU設(shè)備的成本高于一個(gè)設(shè)備的成本。為了實(shí)現(xiàn)第三代HCA解決方案，TI已經(jīng)開發(fā)了一種創(chuàng)新的專利申請(qǐng)中的解決方案，其中增加幾個(gè)電阻和優(yōu)化的GPIO控制軟件可增加分段LCD的功能。分段LCD的GPIO驅(qū)動(dòng)解決方案在任何應(yīng)用（需要分段LCD但無需始終啟動(dòng)）中都非常有用。許多HCA和熱量表、恒溫器，以及其他各種IoT應(yīng)用也是如此。LCD顯示器本身多數(shù)情況下被關(guān)閉，僅在需要時(shí)激活，這是因?yàn)楫?dāng)LCD被啟用（或可見）時(shí)，軟件方法參考設(shè)計(jì)的電流消耗處在300μA的范圍內(nèi)。

傳感器控制器核心每一秒都在天線連接器附近的小圓形區(qū)域（參見圖2）檢查觸控事件，以激活LCD。即使LCD處于關(guān)閉狀態(tài)，CC1310平均電流是644nA（正在運(yùn)行電容觸摸傳感器任務(wù)）。

圖2：?jiǎn)⒂肔CD的TIDA-00848和睡眠模式下的電流消耗

TI的第三代HCA解決方案現(xiàn)在此處呈現(xiàn)——去獲取吧。

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