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(多图) 基于GP21+EFM32 的超低功耗超声波热量表

Alan Lan 北高智技术团队?? 2012年02月06日 ?? 收藏0
概述

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。

图1 超声波热量表方案框图
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900A。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8×20 段的LCD 驱动器,满足直接驱动超声波液晶屏的段式液晶屏,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。

图2 主控MCU 及显示电路
图2 主控MCU 及显示电路

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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