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—、簡介
目前，我國的能源利用率僅為33%,與世界先進水平相差10%,單位產(chǎn)品的能耗是世界先進水平的兩倍，主要產(chǎn)品的能耗比世界先進水平高出40%o為此，國家“十一五”規(guī)劃到2010年實現(xiàn)萬元GDP能耗降低20%,并減少10%的有害排放。由此可見，節(jié)能減排是我國工業(yè)企業(yè)面臨的重大課題。
對于稱重儀表而言，節(jié)能不僅僅響應了國家號召，為社會做出一份貢獻，而且也為自己的產(chǎn)品增加了亮點。
我們可以把節(jié)能看成：
1.利用天然能源，如太陽能等。
2.儀表自身降低損耗及提高電能利用率。
二、天然能源——太陽能
太陽能電池系一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導體薄片，只要一照到光，瞬間就可輸出電壓及電流。太陽能電池的發(fā)電能源來自于光的波長，陽光或白熾燈的波長較為適用。屬于“室內(nèi)型的非晶”太陽能電池如果長期拿到戶外曝曬，有可能導致其損壞；反之，如果適合室外的太陽能電池如果用于室內(nèi)，也不能達到期望的效果，所以在選擇太陽能電池時，要根據(jù)應用環(huán)境而定。
太陽能板的規(guī)格除了外形尺寸之外，另有一些特性數(shù)據(jù)，其中Voc=開路電壓，Isc=短路電流，Vmp(Vop)=最大工作電壓，Imp(Iop)=最大工作電流，VmpxImp=W瓦/(最大)功率。這些參數(shù)都是在特定條件下測得的，實際應用中達不到標定值,并且還要考慮天氣、季節(jié)等.因素。所以，實際應用一般用蓄電池作為備份電源。
目前在國外已經(jīng)出現(xiàn)用太陽能供電的稱重儀表及整秤，由于太陽能電池價格偏高及市場實際需求等因素，目前國內(nèi)用太陽能供電的稱重儀表及整秤還很少見。
三、儀表自身參數(shù)
1.降低器件造成的損耗
選擇元器件時，盡可能選擇低功耗的元器件。其它與功耗有關的因素還包括：供電電壓和時鐘頻率、接口電路以及動態(tài)管理等等。
1.1器件供電電壓和時鐘頻率
正如大家所熟知的，在數(shù)字集成電路設計中，CMOS電路的總功耗包括：
a.靜態(tài)功耗，如晶體管漏電，電路不工作時也存在，與開關活動無關，與其動態(tài)功耗相比基本可以忽略不計，故暫不考慮；
b.動態(tài)功耗，其粗略估算公式為：
P=CFV2
其中，C為負載電容；F為開關頻率；V電源電壓。
可見，電壓越高，時鐘頻率越快，則功率消耗越大。所以，在能夠滿足功能正常的前提下，盡可能選擇工作電壓低的器件。對于已經(jīng)選定的器件，盡可能降低供電電壓和工作頻率。
1.2系統(tǒng)動態(tài)管理
所謂動態(tài)管理就是在系統(tǒng)運行期間通過對系統(tǒng)的運行頻率或電壓的動態(tài)控制，以及各種不同工作模式的切換來達到節(jié)省功耗的目的，這種動態(tài)控制是與系統(tǒng)的運行狀態(tài)密切相關的，這個工作往往通過軟件來實現(xiàn)。
選取合適的工作模式。
控制部分：現(xiàn)在很多CPU都有多種工作模式，我們可以通過控制CPU進入不同的模式來達到省電的目的。以SiliconLabs805IFCPU為例，它有3種基本的工作模式：第一種是完全工作模式：所有模塊都上電工作；第二種是等待模式：外設工作，而CPU不工作；第三種：同時對低功耗的電池供電來說也是最重要的一種，就是停機模式。停機模式下設備完全停止功耗。假如定義等待模式和停機模式為空閑模式，則：
I平均=(t工作xI工作+t空閑xI空閑)/(t工作+t空閉)
可以想象，CPU在全速運行的時候比在等待或者停機的時候消耗的功率大得多。省電的原則就是讓正常運行模式遠比空閑模式少占用時間。也就是說，我們可以通過設置使CPU盡可能工作在空閑狀態(tài)，然后通過相應的中斷喚醒CPU,恢復到正常工作模式，處理響應的事件，然后再進入空閑模式。
但是，工作在不同模式下，切忌頻繁切換。因為在啟動期間，一直到振蕩器穩(wěn)定下來之前，CPU即使是空閑的也會耗能。
其他外設部分：鍵盤掃描部分正常情況下連續(xù)掃描，在長時間都沒有輸入時，可以將用較慢的掃描模式，一旦出現(xiàn)用戶輸入，系統(tǒng)立即進入有效掃描模式。同理，顯示屏也可以通過動態(tài)調(diào)整的方式，適時改變背光、亮度等參數(shù)達到省電的目的。
適時關閉/打開各功能模塊或電路部分。一般來講，電路各功能模塊可能不需要同時工作，將不同的功能模塊分別進行控制，從而動態(tài)的控制各部分供電分配。例如：在不需要串口輸出時將串口芯片電源斷電，從而降低一部分功耗；CPU內(nèi)部有各種功能模塊，像SiliconLabs805IF提供了ADC、DAC等功能模塊，但這些模塊在設計中可能不需要同時工作，通過設置寄存器可以有選擇地關閉不需要的功能模塊，以達到節(jié)省電的目的，比如適時通過相應寄存器的設置關閉ADC,則可以節(jié)省近1mA的電流，如表1所示。
1.3接口電路的低功耗設計

接口電路的低功耗設計中，除了考慮選用靜態(tài)電流較低的外圍芯片外，還應該考慮a.輸出引腳上拉電阻/下拉電阻的配置，例如：在一個3.3V的系統(tǒng)里用3.3KQ為上拉電阻，當輸出為“0”的時候，其電流消耗就為1mA,所以在能夠正常驅(qū)動后級的情況下，應該盡可能選取更大的阻值。另外，當一個信號在多數(shù)情況下時為低的時候，我們也可以考慮用下拉電阻以節(jié)省功耗。b.由于模擬輸入提供了高阻抗狀態(tài)，消耗電流很小。所以只要可能，就盡量把復用的I/O引腳配置成模擬輸入。
2.提高儀表電能利用率
2.1電源供給電路
在對功耗要求嚴格的情況下，就必須仔細考慮采用何種電壓變換方式。通常有：
線性穩(wěn)壓(LinearRegulator)包括LDO(LowDrop-Out);以及DCtoDC。
對于線性穩(wěn)壓來說，其特點時電路結(jié)構(gòu)簡單，所需元件數(shù)量少，但其致命弱點就是效率低，功耗高。假設采用LM7805,輸入12V,輸出電壓為5V,壓差為7V,輸出的電流為0.2A的情況下，我們可以計算出消費在線性穩(wěn)壓器上的功率為P=AVxIOUT=7x0.2=1.4w,效率僅為-q=5/12=41.7%,由這個結(jié)果我們可以看出，有一大半功率消耗在IC本身上。
DCtoDC電路的特點是效率高，升降壓靈活，但缺點時電路相對復雜，干擾較大。一般常見的由Boost和Buck兩種電路，前者用于升壓，后者用于降壓。仍以從12V轉(zhuǎn)換到5V0.2A負載為例，選用某公司LT1776,如下圖1所示，由轉(zhuǎn)換效率圖可見，當輸入為12v,輸出為5v時，轉(zhuǎn)換效率在80%以上，比線性穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換效率增加了一倍。
從上面的論述中我們可見，在適當?shù)那闆r下使用DC-DC的電壓轉(zhuǎn)換線路，可以有效地節(jié)約能量，降低整機功耗。

2.2適當改變電源的連接方式
為了使干電池能夠充分被利用，筆者曾經(jīng)做過這樣的電路，用戶要求儀表使用干電池，使用時間500小時以上。我們采用2組3節(jié)電池并聯(lián)供電，當電池電壓低于3.3V時，再將兩組電池串聯(lián)起來，等電池電壓再次低于5.6V時，電池基本上沒有電了。由于是小電流放電，串聯(lián)后還可以增加幾十小時的工作時間。
3.小結(jié)

對于稱重儀表而言，節(jié)能主要表現(xiàn)在：①選取合適的能源；②釆用合適的元器件（如MCU）及電路工作方式；③選取合適工作電壓、系統(tǒng)運行頻率并加以動態(tài)管理；④選取合適的電源電路。當然，這些方式可能以各種組合出現(xiàn)在稱重儀表設計中，從而，讓我們的儀表更加節(jié)能，更加有亮點。

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