Enerji tasarrufu, yüksek verimlilik, anti-parazit; yeni manyetik olmayan su sayacı çözümü
Manyetik olmayan su sayacı
Çözüm, yüksek işlevli, düşük güçlü sistem tasarımını gerçekleştirebilen en fazla enerji tasarrufu sağlayan çevresel ekipmana ve enerji tüketim moduna sahiptir. Aynı zamanda bariz performans ve maliyet avantajlarına sahiptir.Gaz sayaçları, ısı sayaçları ve diğer sayaç tasarım gereksinimleri için uygundur ve geliştiricilere mükemmel tasarım esnekliği sağlar.
Zamanın gelişmesiyle birlikte akıllı su sayaçları bazı geleneksel mekanik su sayaçlarının yerini almış ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektronik teknolojinin gelişmesiyle birlikte, akıllı su sayaçlarının ölçüm yöntemleri, mekanik sayaç kafası algılama, ultrasonik algılama ve manyetik algılama gibi giderek daha çeşitli hale geldi. Bununla birlikte, bu yöntemlerin bariz sınırlamaları vardır: harici elektromanyetik girişime karşı hassastırlar veya kalıcı mıknatıslar tarafından sudaki safsızlıkların kümülatif adsorpsiyonu nedeniyle ölçüm hatalarına neden olur veya yapay olarak kullanılır veya ihmal edilirler. Bu koşullar altında, manyetik olmayan ölçümlü su sayacı, yüksek ölçüm hassasiyeti, manyetik olmaması, kirlilik adsorpsiyonu olmaması ve insan müdahalesi olmaması nedeniyle su sayacı üreticilerinin çoğu tarafından tercih edilmektedir ve geniş bir pazar beklentisine sahiptir.
Bu makale, manyetik olmayan su sayacı ölçüm teknik çözümlerinin gerçekleştirilmesini kolaylaştırmak için Silicon Labs'ın EFM32xx serisi MCU'lara entegre Düşük Enerjili Sensör çevre birimlerine dayanmaktadır. Su sayaçlarına ek olarak, gaz sayaçları ve ısı sayaçları da eşit derecede uygundur.
1
Manyetik olmayan algılama ilkesine giriş
Manyetik olmayan su sayacının temel prensibi LC salınım sensörüdür.Bu devrede, K anahtarının ayarlanmasıyla LC devresinde bir sinüs dalgası çıkış devresi gerçekleştirilebilir. Kapasitör C, K üzerinden yüklenir ve Dolduktan sonra K, endüktans L'ye bağlanır. Kondansatörün gücü L üzerinden deşarj edilecektir. L indüktörünün güç tüketimi nedeniyle, kademeli olarak azalan bir sinüs dalgası çıkışı sunacaktır. Aşağıda gösterildiği gibi:
LC osilatör devresi
Manyetik olmayan su sayacı bu prensibi kullanarak sinüs dalgasının bozulma sürecini tespit ederek su sayacı ölçümünü gerçekleştirir. Aşağıdaki şeklin sağ tarafındaki devrede, disk su sayacının kadran rotorunu, karanlık alan metal kadran alanını, beyaz alan metal olmayan kadran alanını ve L sabit bir indüktördür.
LC devresini şarj ettikten sonra, MCU, sabit kondansatör C'deki voltajı algılayarak LC salınım devresindeki sinüs dalgasını elde edebilir. Endüktans bobini metal alandayken, endüktif girdap akımları oluşturarak daha fazla güç tüketimine neden olur ve sinüs dalgası daha hızlı bozulur; endüktans bobini metal olmayan alandayken, temelde hiç girdap akımı yoktur ve sinüs dalgası nispeten yavaş bozulur. MCU, kadran rotorunun hangi alanda olduğunu doğru bir şekilde tanımlayabilen ve ardından su sayacı ölçümünün amacına ulaşmak için kadranın konumunu ve dönüş sayısını belirleyebilen sinüs dalgasının bozulma hızını tespit etmek için kullanılır.
Su sayacı ölçümünün manyetik olmayan tespitinin şematik diyagramı
Manyetik olmayan algılama, iki LC salınım devresinden oluşan bir sensör tarafından gerçekleştirilir Aşağıdaki şekil, kadranın dönüşü sırasında LC salınımına karşılık gelen sinüs dalgası zayıflatma değişim sürecini listeler.
Rotor durumu A, zayıflama dalga biçimine karşılık gelir
Rotor durumu B, zayıflama dalga biçimine karşılık gelir
Rotor durumu C, zayıflama dalga biçimine karşılık gelir
Rotor durumu D, zayıflama dalga biçimine karşılık gelir
Analiz sayesinde, Sensör1 / Sensör2 durumunun A (0/1) - konumunda olduğu elde edilir. > B (0/0) - > C (1/0) - > D (1/1) - > A (0/1) - > B (0/0) - > Orta döngüde C (1/0) ... görünür.Sensör1 / Sensör2 sinüs dalgasının azalma eğilimini tespit ederek ve ardından farklı kombinasyon durumları (A: hızlı / yavaş B: hızlı / hızlı C: yavaş / hızlı D) : Yavaş / Yavaş), ardından su sayacının konumunu alın ve hızı hesaplayın.
Düşük seviye daha hızlı zayıflama, yüksek seviye daha yavaş zayıflama anlamına gelir ve aşağıdaki ilişki elde edilir:
Sensör algılama konumu mantık şeması
Öyleyse asıl soru şudur: MCU, Sensör1 ve Sensör2'nin durumunu nasıl daha etkili bir şekilde tespit edebilir ve bu süreci daha basit, daha hızlı ve daha düşük güç tüketimi yapabilir mi? Silicon Labs'ın 32bit MCU'su, manyetik olmayan algılama ve ölçüm için bize özel bir çözüm sağlayacak olan yerleşik bir Düşük Enerjili Sensör modülüne sahiptir.
2
Manyetik olmayan su sayacı programının tanıtımı
Çözüm, ana platform olarak Silicon Labs'ın MCU EFM32TG11B340F64GQ64'ünü kullanır ve manyetik olmayan algılama elde etmek için MCU içindeki Düşük Enerji Sensörü modülünü kullanır; LDO, Microchip'in ultra düşük güçlü LDO MCP1711'i kullanır; Microchip'in EEPROM 24LC16'sı veri bilgilerini depolamak için kullanılır; su sayacı vanaları Anahtar kontrolü, BDC valfini çalıştırmak için bir triyot tarafından gerçekleştirilen ayrı bir sürücü devresi tarafından gerçekleştirilir; veri toplama, sayaç okuma modülü ile iletişimi gerçekleştirmek için UART aracılığıyla gerçekleştirilir ve kullanıcılar, uzaktan veri toplamayı gerçekleştirmek için NB-IoT / Sub-G / Bluetooth'u kullanabilir.
Manyetik olmayan su sayacı çözümünün blok şeması
3
MCU platformu tanıtımı ve şeması ilkesi
EFM32TG11B340F64GQ64, en son 90nm yeni proses tasarımını, 48 MHz'e kadar çalışma frekansını kullanan ARM Cortex-M0 + core MCU'ya dayanmaktadır; ultra düşük güç tüketimi, 51 A / MHz @ 3 V Uyku Modu, 5 düşük güç tüketimi modu çeşitli esneklik düzeylerini karşılayabilir Güç tüketimi tasarım gereksinimleri; 32K Flash alanı, 4K SRAM; Bol çevre birimleri, entegre tasarım için kolaylık sağlar, isteğe bağlı ultra düşük güçlü LCD sürücünün 8 * 20 segmente kadar dahili entegrasyonu; entegre dahili karşılaştırıcı / işlem amplifikatörü, 12bit ADC ve 12bit DAC modülleri, DAC çıkışı, karşılaştırıcı referans voltaj girişi olarak yapılandırılabilir; 8 kanallı DMA, sistem verimliliğini büyük ölçüde artırır; zengin iletişim arayüzleri, çift seri bağlantı noktaları ve bir düşük güçlü seri bağlantı noktası Düşük Enerji UART, IIC / SPI destekleyebilir DMA modunda çalışın; esnek şifreleme algoritması, otomatik rastgele sayıyı destekleyin; yüksek hızlı, düşük güçlü RTC ve RTC yedek güç arayüzü sağlayın; Düşük Enerjili Sensör modülü, kapasitans / endüktans / elektrik değişikliği algılama ve uyandırma mekanizmasını gerçekleştirebilir; güçlü anti-parazit ve performans kararlı.
Manyetik olmayan su sayacı ürünlerinde, manyetik olmayan algılama ve düşük güç tasarımı zordur ve MCU içindeki Düşük Enerjili Sensör modülü, yalnızca manyetik olmayan algılama için algoritmayı basitleştirmekle kalmaz, aynı zamanda sistem güç tüketimini de azaltır.Aynı zamanda, yonga, çeşitli Çevre birimleri, manyetik olmayan su sayaçlarının tasarımının yüksek entegrasyon elde etmesini, boyutu azaltmasını, maliyetleri düşürmesini ve ürünleri pazarda daha rekabetçi hale getirmesini sağlar.
Silicon Labs MCU geliştirme ortamı Simplicity Studio, Keil / IAR / Hi-teck, vb. Gibi çeşitli standart C derleyicilerini destekler. Esnek ve kullanışlı, yeni kullanıcıların hızlı bir şekilde başlamaları için uygun olan yapılandırılabilir programlama aracı Simplicity Configurators'ı kullanır.
EFM32TG11Bxxx dahili blok şeması
Düşük Enerjili Sensörün Tanıtımı:
Düşük Enerjili Sensör, Silicon Labs'ın yüksek performanslı 32-bit MCU'sunda standart bir çevre birimi olarak kullanılır ve ARM Cortex-M0 + ila M3 / M4 serisinde mevcuttur. Mevcut birkaç farklı çevre biriminin birleştirilmesiyle oluşturulmuş bir ölçüm sensörüdür Endüktans / kapasitans / elektrik vb. Değişimleri ölçmek için kullanılabilir. Analog karşılaştırıcı tarafından toplanan analog verileri, yüksek hassasiyetli DAC tarafından üretilen analog verilerle birleştirir. Referans voltajı karşılaştırılır ve giriş voltajı ve referans voltajı, çevirme mantığını karşılaştırarak değerlendirilir.Çıkış sonucu, döndürme sayısıdır.Bu sonuçlar, ayarlanan alanda depolanır ve önceden ayarlanmış sıralama mantığı ve sayma işlemi ile işlenir. Örneklenen analog dalga biçimindeki değişikliği belirlemek için sonuçları analiz edin.
Düşük Enerjili Sensör ile, EFM32TG11Bxxx EM2'de (derin uyku modu) olduğunda, analog karşılaştırıcılar, DAC'ler ve sayaçlar kullanarak neredeyse tüm sensör arayüz görevlerini otomatik olarak gerçekleştirebilir. Yalnızca sensör okuması değiştiğinde ve tetik eşiğine ulaştığında veya daha yüksek bir kalibrasyon seviyesi gerektiğinde, ürünün düşük güç tasarım gereksinimlerini büyük ölçüde basitleştiren EM0'a (çalışma modu) uyanmak gerekir. EM2 modunda, MCU akım parametresi yaklaşık 1.54A'dır.
Düşük Enerjili Sensör modülü blok şeması
Düşük Enerjili Sensör manyetik olmayan algılamanın gerçekleştirilmesi:
LC devresini şarj ettikten sonra, şarj devresinin bağlantısını kesin ve LC devresinin salınımının kararlı bir süreci vardır.Bu işlem, algılamayı önlemek ve yanlış yargılamayı önlemek için algılama algoritmasında bir Gecikme gerektirir.
01
Şarj et
Düşük Enerjili Sensör, LC devresindeki kapasitör C'yi şarj eder. Şarj süresi çok kısa Kondansatörü DAC0-CHx anahtarı üzerinden şarj edin ve düzenli olarak bağlantısını kesin.
Şarj anahtarı simgesi
02
Gecikme
Sinüs dalgasının bozunması, bir süre şarj edildikten sonra çok yavaştır.Bu, bir gecikme gerektirir ve normal bozulma süresinin gelmesini bekleyin.Bu gecikme, LC parametrelerine ve deneysel testlerle elde edilmesi gereken indüktör girdap akımının boyutuna göre ayarlanır. Uygun değer.
Gecikme simgesi
03
Algıla
Gecikmeden sonra, Düşük Enerjili Sensörün, rotor konumunu elde etmek için Sensör1 ve Sensör2'nin durumunu belirlemek için bu zamanda sinüs dalgasının bozunma hızını belirlemesi gerekir. Alınan sinüs dalgası bir sinüs dalgası olduğu için, Düşük Enerjili Sensör bir karşılaştırıcı tarafından ölçülür ve zayıflama, algılama diyagramında gösterildiği gibi karşılaştırıcının referans voltajı ayarlanarak değerlendirilir:
Algılama simgesi
Şekildeki kırmızı referans çizgisi, DAC tarafından ayarlanan referans gerilim noktasıdır Bu referans noktası, gerçek parametrelere göre DAC üzerinden çıkışı ayarlayarak ayarlanabilir. Uygun bir referans noktasına ayarlandığında, metal alandaki sensörün daha hızlı bir zayıflamaya sahip olduğu, bu nedenle voltajın yakında referans çizgisinin altına düştüğü ve karşılık gelen karşılaştırıcının daha az döndüğü görülebilir; metal olmayan alandaki sensör ise daha yüksek bir zayıflamaya sahiptir. Yavaş, voltajın referans çizgisinin altına düşme süresi nispeten uzundur ve karşılık gelen karşılaştırıcı daha fazla kez döner.
Önemli bir nokta, manyetik olmayan algılama yüzeyinin manyetik girişim üzerinde hiçbir etkisinin olmamasıdır, ancak gerçek güçlü manyetik girişimde, manyetik alan sinüs dalgasının zayıflama dalga biçimini değiştirerek ölçüm hatalarına ve hatta yanlış hesaplamaya / cehalete neden olacaktır. Şu anda, harici paraziti dengeleme amacına ulaşmak ve gerçekten manyetik olmayan bir parazit önleyici etki elde etmek için, durum değişikliğinin zamanlamasının değişip değişmediğini tespit ederek ve referans voltajını değiştirmek için DAC'nin çıkışını değiştirerek parazitin alınıp alınmadığını belirlememiz gerekir.
04
uğraşmak
Bu sefer elde edilen rotor pozisyonunu saklayın ve en son elde edilen pozisyon ile analiz edin.İleri veya geri dönüş mantığına uyması mantıklıdır.Değişim mantığına uymadığında, geçersiz ölçümdür ve kontrol edilmesi veya yeniden başlatılması gerekir.
Düşük Enerjili Sensör, çevre birimleri ve kontrol mantığı kombinasyonunu gerçekleştirmek için müşterinin kendi yazılımı olmadan yukarıdaki adımları yazılım ayarları aracılığıyla gerçekleştirebilir ve ölçüm tamamlandıktan sonra otomatik olarak IDIE moduna girerek verimliliği büyük ölçüde artırır ve güç tüketimini azaltır.
Düşük Enerjili Sensör işleme mantık şeması
Programın diğer işlevsel modülleri:
LCD sürücüsü (isteğe bağlı): LCD sürücüsü, 8x32 segment LCD ekrana kadar sürebilir. Voltaj yükseltme işlevi, güç kaynağından daha yüksek voltajla LCD sürüş gücü sağlamasına olanak tanır. Ayrıca, LCD sürücü besleme akımını% 40 azaltabilen özel bir şarj yeniden dağıtım sürücüsü sağlar. Ek olarak, animasyon işlevi desteklenir ve özel animasyonlar herhangi bir CPU müdahalesi olmadan LCD üzerinde çalıştırılabilir.
Çift seri iletişim: Ana bilgisayarla iletişim kurabilir ve sayaç okuma modülü / iletişim modülü vb. Ekleyebilir. Kullanımı esnektir.Ayrıca, verimliliği artırmak ve güç tüketimini azaltmak için 32.76K saat altında 9600bps baud hızında çalışabilen bir Düşük Enerjili UART sağlar.
Diğer fonksiyonlar: PWM sürücüsü, motorun açılıp kapanmasını verimli bir şekilde gerçekleştirir; 12bit ADC, pil gücü algılamayı ve motor aşırı akım korumasını gerçekleştirir.
Çözümü destekleyen cihazlar:
MCP1711 (LDO): American Microchip Technology (Micorchip Technology) ultra düşük güçlü LDO MCP1711, statik güç tüketimi 600 nA, giriş aralığı 1.4-6.0V, yüksek çıkış doğruluğu ± 20 mV (% 1) kullanmak, dahili referans kaynağı elde etmeye yardımcı olabilir Ürünün kararlılığı ve doğruluğu, ürünün manyetik olmayan tespitinin doğruluğunu artırır.
24LC16 (EEPROM): American Microchip Technology Company (Micorchip Technology) tarafından sağlanan EEPROM24LC16, IIC arayüz iletişimini benimser, birçok silme süresine, hızlı hıza, ultra düşük güç tüketimine (uyku akımı 1uA), yüksek kararlılığa ve tüm ürünün performansını büyük ölçüde geliştirir.
4
Yeni manyetik olmayan su sayacı çözümünün avantajları
Silicon Labs'ın yüksek performanslı ve yüksek stabiliteli MCU EFM32TG11xxx, yüksek entegre çevre birimleri ile düşük maliyetli ve düşük güçlü tek çipli manyetik olmayan su sayacı çözümünü gerçekleştirmektedir.Piyasadaki mevcut manyetik olmayan çözümlerle karşılaştırıldığında, bu çözümün güç tüketimi ve entegrasyon avantajları vardır. Maliyet, performans ve diğer hususlar. Manyetik olmayan su sayacı pazarının gelişmesiyle bu çözüm, gelecekte pazardaki lider çözümlerden biri haline gelecektir.
Beineng International Co., Ltd., akıllı ve tamamen elektronik yöndeki saat ürünlerinin hızlı geliştirilmesine kendini adamıştır ve yeni manyetik olmayan su sayacı çözümünü güçlü bir şekilde piyasaya sürdü. Çözüm, enerji tasarrufu sağlayan çevresel ekipmana ve enerji tüketim moduna sahiptir, yüksek işlevli, düşük güçlü sistem tasarımı, esnek tasarım gerçekleştirebilir, manyetik olmayan algılama teknolojisinin ve güç tüketiminin zorluğunu büyük ölçüde azaltır ve gaz sayaçları ve ısı sayaçları gibi diğer ölçüm çözümleri için uygundur. Tasarım gereksinimleri.
Beineng International, müşteri ihtiyaçlarını karşılamak için geliştiricilere mükemmel tasarım esnekliği sağlamak ve müşterilere hızlı ve doğru bir şekilde yardımcı olmak için Silicon Labs MCU geliştirme platformunu, manyetik olmayan algılama algoritmasını, donanım tasarım değerlendirmesini, yazılım algoritması kılavuzunu ve diğer desteği aynı anda sağlar. Ürün tasarımını ve seri üretimi gerçekleştirin.
