行业应用篇 | STM32U0为水气表提供降本增效新思路 - STM32团队 ST意法半导体中文论坛

行业应用篇 | STM32U0为水气表提供降本增效新思路

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STMCU-管管发布时间：2024-11-5 09:07

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文章简介:	随着现代表计智能化、集成度越来越高，对MCU的性能以及外设功能的需求越来越多，对功耗的要求越来越严苛。而万物互联时代赋予智能表计更丰富的联网功能，需要MCU提供更强的安全特性，更大的资源完成OTA 升级。

随着现代表计智能化、集成度越来越高，对MCU的性能以及外设功能的需求越来越多，对功耗的要求越来越严苛。而万物互联时代赋予智能表计更丰富的联网功能，需要MCU提供更强的安全特性，更大的资源完成OTA 升级。
MCU是智能表计的核心元件，是否具备高性能、高度集成、高安全性、高性价比、低功耗和小型封装等，是表计厂家开发人员评估一款MCU是否有竞争力的关键。
ST最新一代超低功耗入门级MCU系列 STM32U0 实现了功耗、功能和成本完美平衡，为入门级电池供电设备开发者带来更多的自由设计空间，可广泛应用于：恒温器、烟火探测器、热能表、门锁、医疗设备（胰岛素注射泵、血糖仪）、智能表计（水表、气表、电表、智能家居网关）和消费电子（活动追踪器、GPS、耳机）等领域。

STM32U0主要特性包括：

优异的静态功耗与较高的性能
适用于表计的外设接口（段码驱动，LPUART，LPTIMER）
增强的信息安全功能
较大的Flash/RAM 资源, OTA 升级能力* D. r. h) O" _0 \0 }- }

超低功耗与高性能

智能水表和燃气表通常采用电池供电，对低功耗的要求极其苛刻。MCU是系统中的主控单元，不但需要有超低功耗能力，还要有灵活的功耗管理方式，协调外围电路达到最佳整机功耗。
STM32U0凝聚了多项出色的超低功耗技术：超低漏电流技术，更多的 ULP 模式，待机模式 (With RTC) 电流仅为230nA, 关断模式电流只有16nA。STM32U0在不同成本敏感型基础应用都有优异的低功耗表现，较前几代产品功耗下降显著：静态功耗比上代产品降低94%，动态功耗降低52%，大大延长表计电池的续航时间。

在使用RTC的情况下待机模式消耗电流仅为230 nA，而在关断模式下该电流仅为16 nA。水气表类产品在大部分时间都处于休眠状态，且偶尔会被短时间唤醒，如此低的功耗使得开发人员能够自由执行大幅优化，并能够选择使用原始电源。
一个负责设计智能水表应用产品的团队在转为使用STM32U0之后，将产品的能耗降低了50%。这些工程师能够设计出功能更加强大的产品，且仍然能够节省大量的能源。

高集成度和丰富外设

在外设方面，智能表计要求MCU具备多种不同功能的外设，并为常用功能提供额外的低功耗外设选项，同时还要全部配有中断功能。-除了机械数字显示外，智能表计还需要LCD段码屏显示，需要MCU支持段码屏驱动模块。
在数据测量方面，高精度ADC是低功耗MCU获取高质量传感器读数的关键。在封装方面，超小型的MCU封装有助于设计人员应对空间挑战。

STM32U0具有高集成度，包括 LCD 驱动器、多个模拟外设、MSI内部振荡器、ART 加速器、触摸控制器、信息安全功能等。STM32U0内置LCD段码屏驱动，不需要外置高速晶振，增强的TSC 触摸按键控制器，以及优化的复位电路均可帮助开发者优化BOM成本。
STM32U0沿用STM32L0、STM32L4 和 STM32U5 中已嵌入的多项功能，引脚兼容STM32L0和STM32L4 系列，并通过有吸引力的售价，帮助用户实现能耗、功能与成本的最佳组合。
STM32U0系列目前可提供10种不同封装形式和2种存储器尺寸配置，以及可选的安全特性，构建了丰富的产品组合，用户可根据自己的需求自由选择。

增强的信息安全

智能表计需要处理大量的数据，支持复杂的计量和通信功能，并确保数据的安全性和准确性。因此，MCU不仅需要具备强大的处理能力，还需要具备高可靠性和完善的安全机制。
STM32U0具备增强的固件保护功能/更高的信息安全特性，其安全功能包括：带有128位密码回退机制的三级RDP 保护，以及具有隐藏保护（HDP）的安全引导和安全固件更新保护。STM32U0还获得了SESIP 3级认证、PSA认证L1认证，以及RNG NIST SP800-90B认证等多项安全性证书。产品认证为客户带来第三方对STM32U0的安全功能保证，产品制造商可以利用安全认证达到即将生效的自愿性的美国网络信任标志认证和强制性的欧盟无线电设备认证指令(RED)的要求。

在安全软件开发方面，STM32U0支持安全固件更新（使用HDP隔离固件解密密钥），并支持STSAFE-A 设备身份验证。此外，STM32U0还拥有新增/升级的IP ，如灵活的ART Accelerator™ 加速器(提高执行效率），3 个ULP timer(性能增强），非常适用于类似水表这种脉宽调制应用。

更大的Flash/RAM 资源和OTA 升级能力
智能表计产品的升级功能也很重要，除了MCU产品的低功耗特性外，还要有较大的存储空间来进行OTA升级备份处理。
STM32U0具有高达256KB的闪存、多达81引脚的封装和56MHz的主频，更大的Flash 资源可以帮助客户更容易完成OTA 升级，内置的安全功能可以保证OTA 升级固件的完整性和安全性。

完整的生态系统支持

为加快应用开发，ST基于STM32Cube框架提供丰富的工具和软件，为开发者提供全程设计支持。ST还为STM32U0系列提供丰富开发工具，包括多款STM32U0 评估板和探索套件，加速功能评估、原型设计和产品设计。

STM32U0 在水表、气表中的成功案例

Ascol开发各种创新的电子产品，聚焦于物联网技术。他们正在设计一款超声波水表，电池续航时间超过10年，集成显示实时数据的LCD面板，以及必要的安全保护功能。他们发现STM32U0是一个完美的解决方案，支持其开发低成本、超低功耗、安装简便、免维护、计量精确的水表。当规模部署在客户的给水管网时，新水表将改善对漏水的控制，并有助于降低环境影响。
STM32U0配备LCD段码显示控制器，有助于提高应用的成本效益。带有LCD面板的设备，例如Ascol的水表、恒温器、智能零售标签、门禁面板和工厂自动化控制设备，可以利用这个配置来降低PCB成本。STM32U0 MCU的其他超值功能包括各种模拟外设，例如，模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、运算放大器和比较器。片上还集成一个系统振荡器，有助于减少物料清单，节省成本和PCB空间。
通过使用32.768KHz LSE低速晶振校准MSI 时钟，MSI 时钟精度可以达到PPM 级，这样可以节省掉HSE 外部时钟的同时，达到很高的时钟精度。
凭借优异的静态功耗、多个超低功耗模式、高集成度，以及可显著优化BOM成本等特性和优势，STM32U0将为以电池供电的入门级嵌入式系统带来节能降耗、更长续航能力、支持更多接口的成本效益型方案。