采用16-bit MCU實(shí)現(xiàn)超低功耗運(yùn)動檢測

諧振 LC 傳感器技術(shù)用于運(yùn)動檢測已有數(shù)年，包括流量計(jì)量以及其它低速轉(zhuǎn)動檢測系統(tǒng)等。幾乎在所有情況下，推動上述傳感器設(shè)計(jì)發(fā)展的共同主線都是低功耗解決方案的需求，它通常為電池供電設(shè)備的低功耗解決方案。通過模擬測量組件與獨(dú)立于主 CPU 工作的狀態(tài)機(jī)處理接口相結(jié)合，本文以德州儀器 (TI) 的 MSP430FW42x 系列16位MCU為例，給出超低功耗運(yùn)動檢測系統(tǒng)解決方案的清晰說明。 　　圖 1 顯示了簡易旋轉(zhuǎn)運(yùn)動檢測系統(tǒng)的實(shí)施。除了微控制器與顯示器之外，還顯示了二通道諧振 LC 傳感器的配置。單一傳感器僅可用于轉(zhuǎn)動檢測，添加了第二個(gè)傳感器后，就還可提供方向信息。

圖 1 MSP430FW42x 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)原理圖

傳感器原理

使用諧振 LC 傳感器的基本原理與 LC 電路振蕩時(shí)電感器輻射的磁場干擾有關(guān)。上述振蕩由 LC 傳感器脈沖引起，然后將一側(cè)釋放為高阻抗。激勵后的振蕩頻率是傳感器的基本頻率，計(jì)算如下：

一旦電路進(jìn)入振蕩，則 LC fOSC 輸出隨存儲能量的消耗迅速衰減為零。振蕩時(shí)，通過傳感器的電流產(chǎn)生磁場，磁場通常不受外部因素影響。但當(dāng)有金屬表面靠近振蕩的電感器時(shí)，信號衰減速率就會快很多。圖 2 顯示了更詳細(xì)的傳感器配置視圖，并顯示了減振輪 (damping wheel) 以及相應(yīng)的輸出信號。

圖 2 傳感器配置與振蕩

如圖 2 所示，傳感器 1 受到轉(zhuǎn)動輪金屬涂層部分的影響。與未受影響的傳感器 2 的信號輸出相比，振蕩衰減率增加。由磁場切割在金屬表面形成的感應(yīng)渦流增加了 LC 傳感器的負(fù)載，從而加快了激勵振蕩的存儲能量的消耗。增加的衰減率也可稱為金屬表面產(chǎn)生的傳感器衰減。如能夠順利地檢測到與對應(yīng)未衰減條件相應(yīng)的衰減信號，則可檢測精心設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動輪的系統(tǒng)就提供一種感應(yīng)給定系統(tǒng)運(yùn)動的方法。

檢測電路

每個(gè)傳感器的激勵都由傳感器一側(cè)的簡單脈沖提供。振蕩檢測以及更重要的變化衰減率檢測用簡單的比較器與電壓參考實(shí)施。我們用有關(guān)振蕩信號驅(qū)動比較器的一個(gè)輸入，用參考信號驅(qū)動其它輸入，這樣，如比較器輸出大于參考電壓，就會與傳感器輸出發(fā)生振蕩；如振蕩低于比較器參考電壓，則比較器輸出會變?yōu)榱?。閉鎖比較器輸出，就完成了模擬傳感器系統(tǒng)到數(shù)字域的轉(zhuǎn)變，可進(jìn)行 uC 處理。如果我們仔細(xì)校準(zhǔn)比較器參考與信號具體點(diǎn)上的衰減和未衰減振蕩間的下降，那么比較器輸出就會反映傳感器的狀態(tài)。如果我們以通用數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 替代參考的話，那么就可以方便地校準(zhǔn)參考電壓，并能根據(jù)系統(tǒng)稍有不同的傳感器的要求積極修改參考電壓，或?qū)y量系統(tǒng)施加磁滯。