全新无磁水表方案


•节能、高效、抗干扰

•节能外围设备和能耗模式,设计灵活

•单一芯片解决方案,亦适用气表、热表等设计

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无磁检测原理简介

无磁水表的基础原理是LC振荡传感器,在该电路中,通过开关K调整,可以在LC电路上实现一个正弦波输出电路,通过K对电容C充电,充满后,将K与电感L连通, 电容的电量将通过L放电,由于存在电感L的电能消耗,所以将会呈现一个逐步衰减的正弦波输出。

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无磁水表方案

方案采用Silicon Labs公司的MCU EFM32TG11B340F64GQ64为主平台,利用MCU内部的Low Energy Sensor模块实现无磁检测; LDO采用Microchip公司的超低功耗LDO MCP1711;Microchip公司的EEPROM 24LC16用于存储数据信息; 水表阀门开关控制采用三极管实现的分离驱动电路来驱动BDC阀门实现; 数据采集通过UART来实现与抄表模块通讯,用户可以采用NB-IoT/Sub-G/蓝牙等方式来实现远程数据采集。


MCU平台介绍

EFM32TG11B340F64GQ64是基于ARM Cortex-M0+核 MCU,而Low Energer Sensor模块可以实现电容/电感/电量变化检测及唤醒机制; 抗干扰性强,性能稳定。在无磁水表产品中,无磁检测与低功耗设计是难点,而MCU内部的Low Energer Sensor模块既为无磁检测简化了算法, 也降低了系统功耗,同时该芯片又高度集成各种外设,使无磁水表设计实现高集成度,缩小体积,降低成本,产品更具市场竞争力。
Silicon Labs MCU 开发环境Simplicity Studio支持多种标准C编译器Keil/IAR/Hi-teck等, 采用可配置化编程工具Simplicity Configurators,灵活方便,适合新用户快速入手。

ARM Cortex-M0+ CPU 平台
• 高性能 32 位处理器(最高 48 MHz)
• 内存保护单元
• 唤醒中断控制器

32 位MCU技术特点 • 极低的活动模式功耗 • 减少处理时间 • 快速的唤醒时间 • 超低的待机电流 • 外设自主操作
• PRS — 周边反射系统 • 设计良好的能耗模式 • 极其节能外围设备 • LESENSE — 低能耗传感器接口 • Simplicity Studio 软件

Low Energer Sensor

Low Energer Sensor在Silicon Labs的高性能32bit MCU中作为一个标准外设,从ARM Cortex-M0+到M3/M4系列中都存在。它是将几种不同已存在的其它外设进行组合配 置而形成的的测量传感器,可用于测量电感/电容/电量等的变化,它将模拟比较器采集的模拟数据与通过高精度DAC生成的参考电压进行比较,通过比较翻转逻辑来判断输入电压与参考电压的高低...

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方案框图

EFM32TG11Bxxx内部框图
Low Energer Sensor模块框图
无磁水表方案框图

无磁检测实现过程

在给LC电路充电后,断开充电电路,LC电路的振荡有一个稳定过程,这个过程在检测算法中需要一个Delay延时来规避检测,
防止误判...
我们可以通过检测状态变化的时序是否改变来判断是否受到干扰,并且通过改变DAC的输出改变参考电压,从而达到抵消外部干扰的目的,做到真正的无磁抗干扰的效果。

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方案配套器件

MCP1711(LDO)

采用美国微芯科技公司(Micorchip Technology)超低功耗LDO MCP1711,静态功耗达600 nA,输入范围1.4-6.0V,高输出精度±20 mV (1%),可以有助于实现内部参考源的稳定性及精度,提高产品无磁检测精度。

24LC16(EEPROM)

由美国微芯科技公司(Micorchip Technology)提供的EEPROM24LC16,采用IIC接口通讯,擦写次数多,速度快,超低功耗(休眠电流1uA),稳定性高,大大提高整个产品的性能。

其他功能模块

LCD驱动(可选):LCD驱动器能够驱动多达8x32段分段LCD显示。电压升压功能使它能够提供比电源电压高的LCD驱动电源。还提供一个专用的电荷再分配驱动器可以减少40%LCD驱动供电电流。此外,支持动画功能,可以在LCD上运行自定义动画,且无需任何CPU干预。

双串口通讯:可以实现与上位机通讯及外加抄表模块/通讯模块等,使用灵活,还提供一个Low Energy UART,可在32.76K时钟下工作在9600bps波特率,提高效率降低功耗。

其他功能:PWM驱动高效实现电机的开合;12bitADC实现电池电量检测及电机过流保护等。

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