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基于GP21+EFM32的超低功耗超声波热量表

2012年02月10日 09:43 次阅读

  随着生活质量的提高人们对于居住舒适度的要求,我国北方地区的楼宇建设都将普遍推广热量表到户,用于冬天的暖气供应。自从2009年起,我国北方进行了供热改革,至今已卓见成效。预计未来几年按热量计费将是北方供暖改革的重要方向。而热量表更是供热系统中的关键部件,它负责热量的计算、记录和数据传送工作。超声波热量表由于其测量方式无接触部件,且具有低压降、低能量消耗、测量精度高的优势,所以它正在逐渐取代机械式的热量表,成为北方供热供暖计量方案的首选。

  基于Energymicro公司的32位Cortex-M3内核的超低功耗微控制器EFM32与ACAM公司的高集成度TDC-GP21芯片推出的超声波热量表方案,能够充分发挥EFM32的超低功耗与高运算能力的特点及GP21高精度的测量能力,它将成为超声波热量表方案中的最优之选。

  系统框架

  图 1所示,超声波热量表包括超低功耗微控制器EFM32TG840F32、时间数字转换器TDC-GP21(热敏电阻PT1000、超声波换能器)、LCD显示液晶屏、操作按键、红外通信电路及MBUS通信电路。整个系统由3.6V锂电池供电,考虑到TDC-GP21的供电电压将电压转换为3.3V。

  《国际电子商情》

  图 1 超声波热量表方案框图

  硬件设计

  1、主控及显示部分

  超声波主控MCU采用EFM32TG840F32,它是基于ARM公司的32位Cortex-M3内核设计而来,对比于传统的8位、16位单片机,它具有更高的运算和数据处理能力,更高的代码密度,更低的功耗。实际数据显示,EFM32TG840在执行32位乘法运算仅需4个内核时钟周期,32位除法运算仅需8个内核时钟周期,而相应热表上运用的16位单片机却分别需要50和465个时钟周期。而恰恰在时间数据转换芯片TDC-GP21上采集得到的数据均是32位长度,因此在运算和热量计算时均是32位的数据运算。可见,采用EFM32TG840可以让超声波热量表有更好的运算性能,从而使得整机可以缩短处在运行计算状态状态,达到降低运行功耗的效果。

  EFM32TG840具有EM0-EM4共5种低功耗模式。在EM2的低功耗模式下,微控制器仍可实现RTC运行,LEUART、LETIMER及LESENSE的通信或控制功能,而功耗仅需900你A。而且它具有灵活的唤醒方式和自主工作的PRS系统,可以由外部I/O、I2C通信接口、LEUART通信信号等等方式唤醒。

  EFM32TG840集成了8&TImes;20段的LCD驱动器,满足直接驱动超声波热量表液晶屏的需求,而功耗仅为550nA。EFM32TG840的LCD驱动器内部集成电压升压功能和对比度调节功能,可实现在芯片内部VCMP电压比较器监控VDD电压,分等级开启LCD升压及对比度调节,达到LCD的现象效果良好,即使系统电池随着使用时间增加出现电压跌落现象。

  《国际电子商情》title=

  图2 主控MCU及显示电路(点击查看大图)

  EFM32TG840的I/O可以设置为低功耗模式唤醒及GPIO中断模式,因此外部操作按钮可以在低功耗条件下实现交互控制动作。

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