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基于EFM32的無磁熱表的方案

作者: 時間:2011-10-27 來源:網(wǎng)絡 收藏

是由挪威EnergyMicro公司采用Cortex-M3內核設計而來的高性能微控制器,它具有突出的低功耗特性,適用于三表(電表、水表、氣表、熱表)、工業(yè)控制、警報安全系統(tǒng)、健康與運動應用系統(tǒng)、手持式醫(yī)療設備以及智能家居控制等領域。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/187241.htm

  針對的低功耗特性以及LESENSE接口的應用特色,本文將詳細闡述基于的無磁熱表的。

  LESENSE簡介

  LESENSE接口是EFM32微控制器利用片上外設實現(xiàn)可配置傳感器檢測的低功耗接口。傳感器接口檢測到的結果可由LESENSE配置16狀態(tài)的狀態(tài)機進行解碼,也可以保存在緩沖區(qū)中,由CPU或DMA進行進一步的處理。

  LESENSE除了能在功耗模式EM0和EM1下工作外,還可以在低功耗模式EM2下,通過配置它為事件輸入低功耗喚醒CPU(@1uA)。

  LESENSE特性

  EFM32的LESENSE接口具有低功耗、可配置特性靈活的特點:

  l 多達16通道的傳感器接入,支持電感式、電容式、電阻式傳感器檢測輸入;

  l 在EM0、EM1、EM2模式下,自動進行傳感器檢測;

  l 高度可配置的傳感器檢測結果解碼;

  l 傳感器事件中斷;

  l 提供外部傳感器可配置使能信號;

  l 多達16個可保存?zhèn)鞲衅鳈z測結果的環(huán)形緩沖區(qū)。

  無磁熱表

  EFM32的LESENSE接口適用于有電感式傳感器檢測需求的應用領域,例如流量計、水表、熱量表、轉動位置檢測模塊等應用。無磁式熱表(熱量表)就是綜合EFM32的低功耗特性以及LESENSE實現(xiàn)的無磁傳感式流量檢測技術而來。

  (一)應用背景

  目前傳統(tǒng)的熱表方案主要采用韋根、霍爾、干簧管等有磁傳感器進行流量檢測,因此葉輪上需要帶有永久磁鐵,由于供暖管道的生銹和水質比較差,葉輪上的磁鐵很容易吸附水中的鐵屑、鐵銹等,并形成堆積,從而阻礙了葉輪的轉動和增加了磨損,尤其是在停止供熱以后,大量的雜質硬化,使葉輪在第二年供熱時轉動很慢,嚴重的甚至不能轉動,大大影響熱量表的使用壽命。同時,由于長時間工作于高溫水流中,磁鐵磁力會減弱,從而影響到采樣的可靠性。有磁傳感器的另一個致命弱點是極容易受到外部磁場的干擾,使采樣信號發(fā)生紊亂,甚至停止工作。因此有磁式流量檢測的熱表已逐步被市場所淘汰。

  目前市場上常應用的熱表方案分別是無磁式熱表和超聲波式熱表。超聲波檢測具有精度高,可靠性好的優(yōu)點,但是超聲波檢測芯片的價格較貴,整體方案的成本較高。因此,無磁式傳感器以其低成本、高精度的特點得到廣泛應用。

  (二)系統(tǒng)結構

  EFM32主要是依靠檢測LESENSE外接的LC振蕩電路的阻尼振蕩波形的變化來判斷外部電感量的變化,從而得到旋轉葉輪的轉動情況。

  

電感檢測原理

  圖1 電感檢測原理

  如圖1所示,兩個LC傳感器固定在葉輪上方,分布在與圓心成90度或180度角。EFM32通過DAC定時輸出激勵脈沖讓LC傳感器產生自由振蕩。流體流動時帶動葉輪轉動,由于葉輪的一半涂有具有阻尼特性的金屬膜,在葉輪轉動時兩個LC傳感器會交替經過涂有金屬膜的部分。當傳感器在經過有金屬的位置時,LC阻尼振蕩的振幅衰減速度快,相反,在經過非金屬部分時,LC阻尼振蕩振幅衰減的速度就慢,如圖2所示。

  

  圖2 阻尼振蕩波形

  將振蕩信號輸入到EFM32中的比較器與設定的電壓進行比較,即可得到一串脈沖,通過比較兩個LC傳感器的脈沖個數(shù)的變化即可計算出葉輪的運轉速度,從而得出流體的流量。由于DAC、LESENSE及模擬比較器都可以在MCU睡眠狀態(tài)EM2模式下進行工作,因此,整個LC傳感器檢測的過程中并不需要CPU進行干涉,CPU可以進行其它的任務處理或保持睡眠以使全程運行在低功耗狀態(tài),只需要在檢測結束后才被喚醒進行結果的處理以及流量的計算。

  同時,EFM32帶有12位的ADC,可支持差分輸入,可與PT1000鉑電阻實現(xiàn)高精度溫度的測量。它片上集成的LCD控制器可實現(xiàn)熱表上顯示液晶屏的驅動,用于人機交互界面。此外,EFM32片內帶有RTC功能模塊,可用于時間記錄。熱表的通信接口可通過EFM32的2路UART擴展為紅外通信接口及M-BUS/RS-485總線通信接口。EFM32的工作電壓范圍為1.8V~3.8V,能夠在3.6V鋰電池直接供電的情況下工作,并且能夠兼容鋰電池的浮動電壓范圍,使得系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提高。

  

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關鍵詞: EFM 32 方案

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