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1、北高智科技有限公司Email：ge- 电话：0755- 860183171“节能之星节能之星”EFM32 应用方案应用方案（一一）无磁热表应用案例 2011- 8- 10来源：北高智技术团队作者：蓝武强 蔡珩2011 年 7 月北高智科技有限公司携手 EnergyMicro 公司于深圳、 上海、 北京三地完满地 举行了“节能之星MCU 及 RF 产品研讨会” ，给众多的电子设计应用工程师展示了全球 最低功耗的 32 位微控制器。EFM32 与 EFR 产品的发布必将推动“低功耗、节能环保”主 题在电子设计应用领域的发展。 EFM32 是由挪威 EnergyMicro 公司采用 Cortex-
2、M3 内核设计而来的高性能微控制器， 它具有突出的低功耗特性，适用于三表（电表、水表、气表、热表） 、工业控制、警报安全 系统、健康与运动应用系统、手持式医疗设备以及智能家居控制等领域。 针对 EFM32 的低功耗特性以及 LESENSE 接口的应用特色，本文将详细阐述基于 EFM32 的无磁热表的方案。LESENSE 简介简介 LESENSE 接口是 EFM32 微控制器利用片上外设实现可配置传感器检测的低功耗接口。 传感器接口检测到的结果可由 LESENSE 配置 16 状态的状态机进行解码，也可以保存在缓 冲区中，由 CPU 或 DMA 进行进一步的处理。 LESENSE 除了能在功耗模
3、式 EM0 和 EM1 下工作外， 还可以在低功耗模式 EM2 下， 通 过配置它为事件输入低功耗唤醒 CPU（1uA） 。 LESENSE 特性特性 EFM32 的 LESENSE 接口具有低功耗、可配置特性灵活的特点： 多达 16 通道的传感器接入，支持电感式、电容式、电阻式传感器检测输入； 在 EM0、EM1、EM2 模式下，自动进行传感器检测； 高度可配置的传感器检测结果解码； 传感器事件中断； 提供外部传感器可配置使能信号； 多达 16 个可保存传感器检测结果的环形缓冲区。 无磁无磁热表方案热表方案 EFM32 的 LESENSE 接口适用于有电感式传感器检测需求的应用领域，例如流量
4、计、 水表、热量表、转动位置检测模块等应用。无磁式热表（热量表）方案就是综合 EFM32 的 低功耗特性以及 LESENSE 实现的无磁传感式流量检测技术而来。 （一一）应用背景应用背景 目前传统的热表方案主要采用韦根、霍尔、干簧管等有磁传感器进行流量检测，因此叶 轮上需要带有永久磁铁， 由于供暖管道的生锈和水质比较差， 叶轮上的磁铁很容易吸附水中 的铁屑、铁锈等，并形成堆积，从而阻碍了叶轮的转动和增加了磨损，尤其是在停止供热以 后，大量的杂质硬化，使叶轮在第二年供热时转动很慢，严重的甚至不能转动，大大影响热 量表的使用寿命。同时，由于长时间工作于高温水流中，磁铁磁力会减弱，从而影响到采样 的
5、可靠性。 有磁传感器的另一个致命弱点是极容易受到外部磁场的干扰， 使采样信号发生紊 乱，甚至停止工作。因此有磁式流量检测的热表已逐步被市场所淘汰。 目前市场上常应用的热表方案分别是无磁式热表和超声波式热表。 超声波检测具有精度 高，可靠性好的优点，但是超声波检测芯片的价格较贵，整体方案的成本较高。因此，无磁 式传感器以其低成本、高精度的特点得到广泛应用。北高智科技有限公司Email：ge- 电话：0755- 860183172（二二）系统结构系统结构 EFM32主要是依靠检测LESENSE外接的LC振荡电路的阻尼振荡波形的变化来判断外 部电感量的变化，从而得到旋转叶轮的转动情况。图 1电感检测
6、原理如图 1 所示， 两个 LC 传感器固定在叶轮上方， 分布在与圆心成 90 度或 180 度角。 EFM32 通过 DAC 定时输出激励脉冲让 LC 传感器产生自由振荡。流体流动时带动叶轮转动，由于 叶轮的一半涂有具有阻尼特性的金属膜， 在叶轮转动时两个 LC 传感器会交替经过涂有金属 膜的部分。当传感器在经过有金属的位置时，LC 阻尼振荡的振幅衰减速度快，相反，在经 过非金属部分时，LC 阻尼振荡振幅衰减的速度就慢，如图 2 所示。图 2阻尼振荡波形将振荡信号输入到 EFM32 中的比较器与设定的电压进行比较，即可得到一串脉冲，通 过比较两个LC传感器的脉冲个数的变化即可计算出叶轮的运转
7、速度， 从而得出流体的流量。 由于 DAC、LESENSE 及模拟比较器都可以在 MCU 睡眠状态 EM2 模式下进行工作，因此， 整个 LC 传感器检测的过程中并不需要 CPU 进行干涉，CPU 可以进行其它的任务处理或保 持睡眠以使全程运行在低功耗状态， 只需要在检测结束后才被唤醒进行结果的处理以及流量 的计算。 同时，EFM32 带有 12 位的 ADC，可支持差分输入，可与 PT1000 铂电阻实现高精度温 度的测量。 它片上集成的 LCD 控制器可实现热表上显示液晶屏的驱动， 用于人机交互界面。 此外，EFM32 片内带有 RTC 功能模块，可用于时间记录。热表的通信接口可通过 EF
8、M32 的 2 路 UART 扩展为红外通信接口及 M- BUS/RS- 485 总线通信接口。EFM32 的工作电压范 围为 1.8V3.8V，能够在 3.6V 锂电池直接供电的情况下工作，并且能够兼容锂电池的浮动 电压范围，使得系统的可靠性和稳定性提高。 （三三）方案优势方案优势 1、低功耗。 EFM32 具有 5 种功耗模式，在 RTC 及低功耗模块运行的 EM3 模式下，EFM32 的功耗 仅 900nA。EFM32 的 LESENSE、LEUART 以及 LETIMER 模块均为针对低功耗设计。北高智科技有限公司Email：ge- 电话：0755- 860183173LESENSE
9、能够在低功耗模式 EM2 下工作进行流量检测，无需 CPU 干预，待检测完成后唤 醒 CPU 进行数据的处理及运算。 LEUART 在 9600 的波特率下仅为 150nA， 且支持 LEUART 接口通信唤醒，适合于热表通信总线中的低功耗应用。热表系统中的温度检测 ADC 模块在 12bit，1Msps 的速率下功耗低至 350A。驱动液晶屏显示的 LCD Controller 能够在低功耗 模式下保持显示 836 段的驱动功耗也只需 0.55A。 可见， EFM32 的低功耗外设功能模块 非常适合于热表方案的设计应用。 2、运算能力强。 EFM32 采用 ARM 公司的 Cortex- M
10、3 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，使能程序代码密度高，执行效率快。在热表方案的应 用中能够更快速地计算热功率及热量，因此 CPU 处在正常运行模式时间短，可更多时间处 于睡眠状态，降低整体方案的功耗。 3、低成本。 EFM32 片上带有 12 位 ADC 和运算放大器， 无需外扩 ADC 芯片即可实现高精度温度检 测功能，同时片内集成 LESENSE 接口系统只需通过简单的 LC 硬件电路即能实现流量检测 无需外扩其他传感器芯片。它还带有片上的 RTC 与 LCD 控制器，因此微控制器的集成度比 较高，整体方案性价比良好。 （四
11、四）方案框图方案框图 基于 EFM32TG840F32 的热表方案的功能框图如图 3 所示。图 3EFM32 热表方案功能框图 总结总结 综上所述，EFM32 具有优异的低功耗特性，且集成了个性化的低功耗外设部件，非常 适合于三表、智能家居控制、安防监控、便携式医疗等领域的应用。如果您对于 EFM32 的 应用和需求有更多的想法和意向， 请您通过以下联系方式与我们联系， 北高智公司将竭诚与 您交流与沟通。联系方式：Jimmy 尚(PM)Email：ge- / 电话：0755- 86018317Alan 蓝（FAE）Email: 电话：0755- 86018575Johnny 蔡(FAE)Email:J 电话：0755- 86018976
