節能、高效、抗干擾；全新無磁水表方案

方案介紹

隨著時代發展，智能水表替代部分傳統機械水表，得到廣泛應用。而智能水表的計量方式也隨著電子技術的發展越來越多樣化，如機械表頭檢測、超聲波檢測、有磁檢測等方式相繼問世。但這些方式存在明顯局限性：容易受外界電磁干擾或者因為永磁體對水中雜質的累計吸附，造成計量誤差或被人為利用、漏計及不計。在這種情況下，無磁計量水表以其計量精度高、無磁性、無雜質吸附，且不被人為干擾等優點，被廣大水表廠家所青睞，市場前景廣闊。

本文基于Silicon Labs公司EFM32xx系列MCU內部集成的Low Energer Sensor外設基礎上方便實現無磁水表計量技術方案來做探討。除水表外，氣表、熱表采用這種計量方式亦同樣可行。

無磁水表介紹

方案采用Silicon Labs公司的MCU EFM32TG11B340F64GQ64為主平臺，利用MCU內部的Low Energy Sensor模塊實現無磁檢測；LDO采用Microchip公司的超低功耗LDO MCP1711；Microchip公司的EEPROM 24LC16用于存儲數據信息；水表閥門開關控制采用三極管實現的分離驅動電路來驅動BDC閥門實現；數據采集通過UART來實現與抄表模塊通訊，用戶可以采用NB-IoT/Sub-G/藍牙等方式來實現遠程數據采集。

無磁水表方案框圖

MCU平臺介紹

EFM32TG11B340F64GQ64是基于ARM Cortex-M0+核 MCU，采用最新90nm新工藝設計，工作頻率可達48 MHz；超低功耗，51 μA/MHz @ 3 V Sleep Mode，5種低功耗模式可以靈活滿足各種功耗設計需求；32K的Flash空間，4K SRAM；豐富的外設為集成化設計提供了便利，內部集成可選的超低功耗LCD驅動達8*20段位；集成內部比較器/運放，12bit ADC及12bit DAC模塊， DAC輸出可配置為比較器參考電壓輸入；8通道DMA大大提高系統效率；通訊接口豐富，雙串口加上一個低功耗串口Low Energy UART，IIC/SPI都可以支持在DMA模式下工作；加密算法靈活，支持自動隨機數；提供高進度低功耗RTC及RTC備用電源接口；Low Energer Sensor模塊可以實現電容/電感/電量變化檢測及喚醒機制；抗干擾性強，性能穩定。

在無磁水表產品中，無磁檢測與低功耗設計是難點，而MCU內部的Low Energer Sensor模塊既為無磁檢測簡化了算法，也降低了系統功耗，同時該芯片又高度集成各種外設，使無磁水表設計實現高集成度，縮小體積，降低成本，產品更具市場競爭力。

Silicon Labs MCU 開發環境Simplicity Studio支持多種標準C編譯器Keil/IAR/Hi-teck等，采用可配置化編程工具Simplicity Configurators，靈活方便，適合新用戶快速入手。

EFM32TG11Bxxx內部框圖

Low Energer Sensor介紹

Low Energer Sensor在Silicon Labs的高性能32bit MCU中作為一個標準外設，從ARM Cortex-M0+到M3/M4系列中都存在。它是將幾種不同已存在的其它外設進行組合配置而形成的的測量傳感器，可用于測量電感/電容/電量等的變化，它將模擬比較器采集的模擬數據與通過高精度DAC生成的參考電壓進行比較，通過比較翻轉邏輯來判斷輸入電壓與參考電壓的高低，輸出結果為翻轉次數，這些結果將存儲在設定區域中，并通過預設的時序邏輯處理，計數處理，從而通過多次結果分析來判斷所采樣的模擬波形變化情況。

借助于Low Energer Sensor，當 EFM32TG11Bxxx 處于 EM2（深睡眠模式）時，可自動處理使用模擬比較器、DAC 和計數器的幾乎所有傳感器接口任務。只有在傳感器讀數改變并且達到觸發閾值，或者需要更高級別的校準時，才需要喚醒至 EM0（運行模式），大大簡化產品的低功耗設計要求。在EM2模式下，MCU電流參數為1.54μA左右。

Low Energer Sensor模塊框圖