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基于EFM32的无磁热表的方案

发布时间:2020-07-21 17:42:13 阅读: 来源:滤膜厂家

EFM32是由挪威EnergyMicro公司采用Cortex-M3内核设计而来的高性能微控制器,它具有突出的低功耗特性,适用于三表(电表、水表、气表、热表)、工业控制、警报安全系统、健康与运动应用系统、手持式医疗设备以及智能家居控制等领域。

本文引用地址:针对EFM32的低功耗特性以及LESENSE接口的应用特色,本文将详细阐述基于EFM32的无磁热表的方案。

LESENSE简介

LESENSE接口是EFM32微控制器利用片上外设实现可配置传感器检测的低功耗接口。传感器接口检测到的结果可由LESENSE配置16状态的状态机进行解码,也可以保存在缓冲区中,由CPU或DMA进行进一步的处理。

LESENSE除了能在功耗模式EM0和EM1下工作外,还可以在低功耗模式EM2下,通过配置它为事件输入低功耗唤醒CPU(@1uA)。

LESENSE特性

EFM32的LESENSE接口具有低功耗、可配置特性灵活的特点:

l 多达16通道的传感器接入,支持电感式、电容式、电阻式传感器检测输入;

l 在EM0、EM1、EM2模式下,自动进行传感器检测;

l 高度可配置的传感器检测结果解码;

l 传感器事件中断;

l 提供外部传感器可配置使能信号;

l 多达16个可保存传感器检测结果的环形缓冲区。

无磁热表方案

EFM32的LESENSE接口适用于有电感式传感器检测需求的应用领域,例如流量计、水表、热量表、转动位置检测模块等应用。无磁式热表(热量表)方案就是综合EFM32的低功耗特性以及LESENSE实现的无磁传感式流量检测技术而来。

(一)应用背景

目前传统的热表方案主要采用韦根、霍尔、干簧管等有磁传感器进行流量检测,因此叶轮上需要带有永久磁铁,由于供暖管道的生锈和水质比较差,叶轮上的磁铁很容易吸附水中的铁屑、铁锈等,并形成堆积,从而阻碍了叶轮的转动和增加了磨损,尤其是在停止供热以后,大量的杂质硬化,使叶轮在第二年供热时转动很慢,严重的甚至不能转动,大大影响热量表的使用寿命。同时,由于长时间工作于高温水流中,磁铁磁力会减弱,从而影响到采样的可靠性。有磁传感器的另一个致命弱点是极容易受到外部磁场的干扰,使采样信号发生紊乱,甚至停止工作。因此有磁式流量检测的热表已逐步被市场所淘汰。

目前市场上常应用的热表方案分别是无磁式热表和超声波式热表。超声波检测具有精度高,可靠性好的优点,但是超声波检测芯片的价格较贵,整体方案的成本较高。因此,无磁式传感器以其低成本、高精度的特点得到广泛应用。

(二)系统结构

EFM32主要是依靠检测LESENSE外接的LC振荡电路的阻尼振荡波形的变化来判断外部电感量的变化,从而得到旋转叶轮的转动情况。

图1 电感检测原理

如图1所示,两个LC传感器固定在叶轮上方,分布在与圆心成90度或180度角。EFM32通过DAC定时输出激励脉冲让LC传感器产生自由振荡。流体流动时带动叶轮转动,由于叶轮的一半涂有具有阻尼特性的金属膜,在叶轮转动时两个LC传感器会交替经过涂有金属膜的部分。当传感器在经过有金属的位置时,LC阻尼振荡的振幅衰减速度快,相反,在经过非金属部分时,LC阻尼振荡振幅衰减的速度就慢,如图2所示。

图2 阻尼振荡波形

将振荡信号输入到EFM32中的比较器与设定的电压进行比较,即可得到一串脉冲,通过比较两个LC传感器的脉冲个数的变化即可计算出叶轮的运转速度,从而得出流体的流量。由于DAC、LESENSE及模拟比较器都可以在MCU睡眠状态EM2模式下进行工作,因此,整个LC传感器检测的过程中并不需要CPU进行干涉,CPU可以进行其它的任务处理或保持睡眠以使全程运行在低功耗状态,只需要在检测结束后才被唤醒进行结果的处理以及流量的计算。

同时,EFM32带有12位的ADC,可支持差分输入,可与PT1000铂电阻实现高精度温度的测量。它片上集成的LCD控制器可实现热表上显示液晶屏的驱动,用于人机交互界面。此外,EFM32片内带有RTC功能模块,可用于时间记录。热表的通信接口可通过EFM32的2路UART扩展为红外通信接口及M-BUS/RS-485总线通信接口。EFM32的工作电压范围为1.8V~3.8V,能够在3.6V锂电池直接供电的情况下工作,并且能够兼容锂电池的浮动电压范围,使得系统的可靠性和稳定性提高。

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