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采用32位超低功耗MCU的低成本电磁流量计方案

我爱方案网| 电磁流量计,EFM32| 2012-05-18
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中心议题:
* 传统电磁流量计一般采用8位或16位的单片机
* 本方案采用了32 位MCU EFM32,成本低,合适做低功耗设计



电磁流量计是一种测量导电介质体积流量的计量仪表,具有测量精度高、稳定性好、可靠性高等特点。电磁流量计除可测量一般导电液体的流量外,还可测量液固两相液体、高粘度液体及盐类、强酸、强碱液体的体积流量。

传统电磁流量计一般采用8位或16位的单片机,单片机处理性能较弱和外围接口少,同时不合适做低功耗设计;针对用电池供电的电磁流量计,系统需使用低功耗、高处理性的32 位处理器,为此以下将详细阐述基于EFM32的电池供电的电磁流量计方案。

电磁流量计系统框架
     
基于EFM32的电磁流量计主要包括微控制器、流量传感器、系统电源、信号调理电路,共4个部分,系统框图如图2所示。
 图1  电磁流量计系统框架                               
 图1  电磁流量计系统框架

电磁流量计的主控MCU可以选取带LCD驱动能力的EFM32TG840F32或EFM32G840F128,由于EFM32的产品各系列之间对应型号引 脚直接兼容,用户可根据实际项目功能需求进行功能裁剪或升级。主控MCU通过DA输出励磁信号驱动流量传感器的励磁线圈产生磁场,并负责采集与处理流量传 感器输出的感应电动势,同时可控制按键、显示等人机界面;励磁信号可采用三值低频方波励磁形式,如图3所示;

图 2 励磁信号波形                                 
图 2 励磁信号波形

流量传感器:传感器结构简单,没有机械转动测量部件;在测量过程中,不受被测介质温度、粘度、密度以及电导率(在一定范围内)的影响;量程范围 极宽,并只与被测介质的平均流速成正比,而与轴对称分布下的流动状态(层流、湍流)无关,而且反应灵敏,线性好。

 系统电源:电磁流量计为电池供电,EFM32的工作电压为1.85~3.8V,工作电压范围比较宽,在一些3.6V的电池供电系统中无需前端添加LDO芯片。

方案优势

相对于传统的8位、16位单片机实现的电磁流量计,基于EFM32实现的本方案具有以下优势:

 超低功耗:EFM32是全球最低功耗的32位微控制器,RTC、DMA可运行的EM2模式下,功耗电流仅为900nA,不运行RTC的模式下可低至600nA,而在不保存RAM数据时更是只有20nA。同时,片上更是集成了低功耗外设:低功耗UART及I2C可运行于EM2模式下,可在CPU睡眠模式下实现数据的收 发及数据识别唤醒。由于电磁流量计为电池供电,对功耗有一定的要求,在对功耗要求比较高的场合甚至可由EFM32控制各模块的供电,最大限度的提高其待机 时间,因此EFM32的低功耗具有明显的优势。

 降低成本:EFM32 采用ARM公司的Cortex-M3内核设计,其运算性能优异,支持硬件乘法器及除法器,支持ARM和Thumb2指令集,使程序代码密度高,执行效率 快。片上集成有AD、DA信号采集与输出模块。在显示上,EFM32集成了最高达8*36段LCD驱动,LG和GG系列可支持320*240的16位 TFT的RGB驱动,在带显示产品上可节省显示驱动IC。

 后续EFR产品:Energy Micro后续会推出RF与MCU的SOC产品,在连续接收模式下只有4mA,在400MHz 0dBm的发送功率下5mA,10dBm时为14mA,最大输出功率为17dBm。最大接收灵敏度为-121dBm 。传输速度可高达4Mbit/s。它对于实现无线抄表和数据远传功能的电磁流量计非常适合。

总结

 EFM32具有优异的低功耗特性,非常适合于对于用电池供电的电磁流量计应用。EFM32内核采用目前流行的Cortex-M3设计,极大地缩短了开发者 的开发时间。EFM32具有丰富的外设,为系统扩展功能及降低成本提供了条件。因此,EFM32非常的适合于电磁流量计的应用。

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