采用32位超低功耗MCU的低成本电磁流量计方案

中心议题：

* 传统电磁流量计一般采用8位或16位的单片机

* 本方案采用了32 位MCU EFM32，成本低，合适做低功耗设计

电磁流量计是一种测量导电介质体积流量的计量仪表，具有测量精度高、稳定性好、可靠性高等特点。电磁流量计除可测量一般导电液体的流量外，还可测量液固两相液体、高粘度液体及盐类、强酸、强碱液体的体积流量。

传统电磁流量计一般采用8位或16位的单片机，单片机处理性能较弱和外围接口少，同时不合适做低功耗设计；针对用电池供电的电磁流量计，系统需使用低功耗、高处理性的32 位处理器，为此以下将详细阐述基于EFM32的电池供电的电磁流量计方案。

电磁流量计系统框架

基于EFM32的电磁流量计主要包括微控制器、流量传感器、系统电源、信号调理电路，共4个部分，系统框图如图2所示。

图1 电磁流量计系统框架

电磁流量计的主控MCU可以选取带LCD驱动能力的EFM32TG840F32或EFM32G840F128，由于EFM32的产品各系列之间对应型号引 脚直接兼容，用户可根据实际项目功能需求进行功能裁剪或升级。主控MCU通过DA输出励磁信号驱动流量传感器的励磁线圈产生磁场，并负责采集与处理流量传 感器输出的感应电动势，同时可控制按键、显示等人机界面；励磁信号可采用三值低频方波励磁形式，如图3所示；

图 2 励磁信号波形

流量传感器：传感器结构简单，没有机械转动测量部件；在测量过程中，不受被测介质温度、粘度、密度以及电导率（在一定范围内）的影响；量程范围 极宽，并只与被测介质的平均流速成正比，而与轴对称分布下的流动状态（层流、湍流）无关，而且反应灵敏，线性好。

系统电源：电磁流量计为电池供电，EFM32的工作电压为1.85~3.8V，工作电压范围比较宽，在一些3.6V的电池供电系统中无需前端添加LDO芯片。

方案优势

相对于传统的8位、16位单片机实现的电磁流量计，基于EFM32实现的本方案具有以下优势：

超低功耗：EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，RTC、DMA可运行的EM2模式下，功耗电流仅为900nA，不运行RTC的模式下可低至600nA，而在不保存RAM数据时更是只有20nA。同时，片上更是集成了低功耗外设：低功耗UART及I2C可运行于EM2模式下，可在CPU睡眠模式下实现数据的收 发及数据识别唤醒。由于电磁流量计为电池供电，对功耗有一定的要求，在对功耗要求比较高的场合甚至可由EFM32控制各模块的供电，最大限度的提高其待机 时间，因此EFM32的低功耗具有明显的优势。

降低成本：EFM32 采用ARM公司的Cortex-M3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，使程序代码密度高，执行效率 快。片上集成有AD、DA信号采集与输出模块。在显示上，EFM32集成了最高达8*36段LCD驱动，LG和GG系列可支持320*240的16位 TFT的RGB驱动，在带显示产品上可节省显示驱动IC。

后续EFR产品：Energy Micro后续会推出RF与MCU的SOC产品，在连续接收模式下只有4mA，在400MHz 0dBm的发送功率下5mA，10dBm时为14mA，最大输出功率为17dBm。最大接收灵敏度为-121dBm 。传输速度可高达4Mbit/s。它对于实现无线抄表和数据远传功能的电磁流量计非常适合。

总结

EFM32具有优异的低功耗特性，非常适合于对于用电池供电的电磁流量计应用。EFM32内核采用目前流行的Cortex-M3设计，极大地缩短了开发者 的开发时间。EFM32具有丰富的外设，为系统扩展功能及降低成本提供了条件。因此，EFM32非常的适合于电磁流量计的应用。

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