采用32位超低功耗MCU的低成本電磁流量計方案

中心議題：

* 傳統(tǒng)電磁流量計一般采用8位或16位的單片機

* 本方案采用了32 位MCU EFM32，成本低，合適做低功耗設計

電磁流量計是一種測量導電介質(zhì)體積流量的計量儀表，具有測量精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高等特點。電磁流量計除可測量一般導電液體的流量外，還可測量液固兩相液體、高粘度液體及鹽類、強酸、強堿液體的體積流量。

傳統(tǒng)電磁流量計一般采用8位或16位的單片機，單片機處理性能較弱和外圍接口少，同時不合適做低功耗設計；針對用電池供電的電磁流量計，系統(tǒng)需使用低功耗、高處理性的32 位處理器，為此以下將詳細闡述基于EFM32的電池供電的電磁流量計方案。

電磁流量計系統(tǒng)框架

基于EFM32的電磁流量計主要包括微控制器、流量傳感器、系統(tǒng)電源、信號調(diào)理電路，共4個部分，系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖1 電磁流量計系統(tǒng)框架

電磁流量計的主控MCU可以選取帶LCD驅(qū)動能力的EFM32TG840F32或EFM32G840F128，由于EFM32的產(chǎn)品各系列之間對應型號引 腳直接兼容，用戶可根據(jù)實際項目功能需求進行功能裁剪或升級。主控MCU通過DA輸出勵磁信號驅(qū)動流量傳感器的勵磁線圈產(chǎn)生磁場，并負責采集與處理流量傳 感器輸出的感應電動勢，同時可控制按鍵、顯示等人機界面；勵磁信號可采用三值低頻方波勵磁形式，如圖3所示；

圖 2 勵磁信號波形

流量傳感器：傳感器結(jié)構(gòu)簡單，沒有機械轉(zhuǎn)動測量部件；在測量過程中，不受被測介質(zhì)溫度、粘度、密度以及電導率（在一定范圍內(nèi)）的影響；量程范圍 極寬，并只與被測介質(zhì)的平均流速成正比，而與軸對稱分布下的流動狀態(tài)（層流、湍流）無關(guān)，而且反應靈敏，線性好。

系統(tǒng)電源：電磁流量計為電池供電，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

相對于傳統(tǒng)的8位、16位單片機實現(xiàn)的電磁流量計，基于EFM32實現(xiàn)的本方案具有以下優(yōu)勢：

超低功耗：EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，RTC、DMA可運行的EM2模式下，功耗電流僅為900nA，不運行RTC的模式下可低至600nA，而在不保存RAM數(shù)據(jù)時更是只有20nA。同時，片上更是集成了低功耗外設：低功耗UART及I2C可運行于EM2模式下，可在CPU睡眠模式下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收 發(fā)及數(shù)據(jù)識別喚醒。由于電磁流量計為電池供電，對功耗有一定的要求，在對功耗要求比較高的場合甚至可由EFM32控制各模塊的供電，最大限度的提高其待機 時間，因此EFM32的低功耗具有明顯的優(yōu)勢。

降低成本：EFM32 采用ARM公司的Cortex-M3內(nèi)核設計，其運算性能優(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信號采集與輸出模塊。在顯示上，EFM32集成了最高達8*36段LCD驅(qū)動，LG和GG系列可支持320*240的16位 TFT的RGB驅(qū)動，在帶顯示產(chǎn)品上可節(jié)省顯示驅(qū)動IC。

后續(xù)EFR產(chǎn)品：Energy Micro后續(xù)會推出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4Mbit/s。它對于實現(xiàn)無線抄表和數(shù)據(jù)遠傳功能的電磁流量計非常適合。

總結(jié)

EFM32具有優(yōu)異的低功耗特性，非常適合于對于用電池供電的電磁流量計應用。EFM32內(nèi)核采用目前流行的Cortex-M3設計，極大地縮短了開發(fā)者 的開發(fā)時間。EFM32具有豐富的外設，為系統(tǒng)擴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的應用。

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