采用32位超低功耗MCU的低成本電磁流量計(jì)方案
中心議題：
* 傳統(tǒng)電磁流量計(jì)一般采用8位或16位的單片機(jī)
* 本方案采用了32 位MCU EFM32，成本低，合適做低功耗設(shè)計(jì)
電磁流量計(jì)是一種測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的計(jì)量?jī)x表，具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高等特點(diǎn)。電磁流量計(jì)除可測(cè)量一般導(dǎo)電液體的流量外，還可測(cè)量液固兩相液體、高粘度液體及鹽類、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿液體的體積流量。
傳統(tǒng)電磁流量計(jì)一般采用8位或16位的單片機(jī)，單片機(jī)處理性能較弱和外圍接口少，同時(shí)不合適做低功耗設(shè)計(jì)；針對(duì)用電池供電的電磁流量計(jì)，系統(tǒng)需使用低功耗、高處理性的32 位處理器，為此以下將詳細(xì)闡述基于EFM32的電池供電的電磁流量計(jì)方案。
電磁流量計(jì)系統(tǒng)框架
基于EFM32的電磁流量計(jì)主要包括微控制器、流量傳感器、系統(tǒng)電源、信號(hào)調(diào)理電路，共4個(gè)部分，系統(tǒng)框圖如圖2所示。
圖1 電磁流量計(jì)系統(tǒng)框架
電磁流量計(jì)的主控MCU可以選取帶LCD驅(qū)動(dòng)能力的EFM32TG840F32或EFM32G840F128，由于EFM32的產(chǎn)品各系列之間對(duì)應(yīng)型號(hào)引 腳直接兼容，用戶可根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目功能需求進(jìn)行功能裁剪或升級(jí)。主控MCU通過DA輸出勵(lì)磁信號(hào)驅(qū)動(dòng)流量傳感器的勵(lì)磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，并負(fù)責(zé)采集與處理流量傳 感器輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)可控制按鍵、顯示等人機(jī)界面；勵(lì)磁信號(hào)可采用三值低頻方波勵(lì)磁形式，如圖3所示；
圖 2 勵(lì)磁信號(hào)波形
流量傳感器：傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量部件；在測(cè)量過程中，不受被測(cè)介質(zhì)溫度、粘度、密度以及電導(dǎo)率（在一定范圍內(nèi)）的影響；量程范圍 極寬，并只與被測(cè)介質(zhì)的平均流速成正比，而與軸對(duì)稱分布下的流動(dòng)狀態(tài)（層流、湍流）無關(guān)，而且反應(yīng)靈敏，線性好。
系統(tǒng)電源：電磁流量計(jì)為電池供電，EFM32的工作電壓為1.85~3.8V，工作電壓范圍比較寬，在一些3.6V的電池供電系統(tǒng)中無需前端添加LDO芯片。
方案優(yōu)勢(shì)
相對(duì)于傳統(tǒng)的8位、16位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電磁流量計(jì)，基于EFM32實(shí)現(xiàn)的本方案具有以下優(yōu)勢(shì)：
超低功耗：EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，RTC、DMA可運(yùn)行的EM2模式下，功耗電流僅為900nA，不運(yùn)行RTC的模式下可低至600nA，而在不保存RAM數(shù)據(jù)時(shí)更是只有20nA。同時(shí)，片上更是集成了低功耗外設(shè)：低功耗UART及I2C可運(yùn)行于EM2模式下，可在CPU睡眠模式下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收 發(fā)及數(shù)據(jù)識(shí)別喚醒。由于電磁流量計(jì)為電池供電，對(duì)功耗有一定的要求，在對(duì)功耗要求比較高的場(chǎng)合甚至可由EFM32控制各模塊的供電，最大限度的提高其待機(jī) 時(shí)間，因此EFM32的低功耗具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
降低成本：EFM32 采用ARM公司的Cortex-M3內(nèi)核設(shè)計(jì)，其運(yùn)算性能優(yōu)異，支持硬件乘法器及除法器，支持ARM和Thumb2指令集，使程序代碼密度高，執(zhí)行效率 快。片上集成有AD、DA信號(hào)采集與輸出模塊。在顯示上，EFM32集成了最高達(dá)8*36段LCD驅(qū)動(dòng)，LG和GG系列可支持320*240的16位 TFT的RGB驅(qū)動(dòng)，在帶顯示產(chǎn)品上可節(jié)省顯示驅(qū)動(dòng)IC。
后續(xù)EFR產(chǎn)品：Energy Micro后續(xù)會(huì)推出RF與MCU的SOC產(chǎn)品，在連續(xù)接收模式下只有4mA，在400MHz 0dBm的發(fā)送功率下5mA，10dBm時(shí)為14mA，最大輸出功率為17dBm。最大接收靈敏度為-121dBm 。傳輸速度可高達(dá)4Mbit/s。它對(duì)于實(shí)現(xiàn)無線抄表和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能的電磁流量計(jì)非常適合。
總結(jié)
EFM32具有優(yōu)異的低功耗特性，非常適合于對(duì)于用電池供電的電磁流量計(jì)應(yīng)用。EFM32內(nèi)核采用目前流行的Cortex-M3設(shè)計(jì)，極大地縮短了開發(fā)者 的開發(fā)時(shí)間。EFM32具有豐富的外設(shè)，為系統(tǒng)擴(kuò)展功能及降低成本提供了條件。因此，EFM32非常的適合于電磁流量計(jì)的應(yīng)用。
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