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“节能之星”EFM32应用方案之：线制温度变送器 |
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作者：北高智技术团队 蔡珩 |
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概述：工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等;另外电物理量(简称电量),例如电流、电压、功率、频率等,都需要转换成标准模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。工业上最广泛采用的标准模拟量电信号是用4~20mA直流电流来传输模拟量。
二线制变送器是指变送器直接通过4～20mA的信号线进行供电，变送器在电路中相当于一个负载，这种变送器只需外接2根线，显示仪表只需要串联在回路中即可，如图1。根据测量的对象不同可分为压力变送器、温度变送器、浓度变送器、流量变送器、湿度变送器等。
图 1 系统框图
系统结构
EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARM Cortex-M3内核设计而来的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性，适用于“三表”（电表、水/热表、气表）、工业控制、警报安全系统、健康与运动应用系统、手持式医疗设备以及智能家居控制等领域。
图2是温度变送器的结构框图，包括供电电源，温度传感器，放大滤波电路，主控处理，V/A转换。
图 2 变送器结构框图
·供电电源
EFM32的工作电压为1.8~3.8V，工作电压范围比较宽，对电源变换IC的选型较为宽松，无需前端添加LDO芯片。
·温度传感器
采用热敏电阻，根据其电阻值随环境变化而变化的特点，可将温度转变为电压信号。温度传感器的型号与精度可根据测量的温度范围来确定。
·主控制器
根据功能需求可配置不同型号的EFM32芯片作为主控MCU。本应用选用EFM32TG110作为主控，它的封装为QFN24，Flash和RAM资源分别从8~32KB和2~4KB，带有2路ADC，1路DAC，2个比较器及1个运放。
·V/A转换
电源变换IC可将输入电压转换为输出4-20mA的电流。输入电压0对应4mA，满电压对应20mA。MCU可以通过DAC输出与采样温度对应的电压值，经过电源变换IC转变为电流以传递给串联在回路中的显示控制器。
方案优势
相对于传统的8位、16位单片机实现的二线制电压变送器，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，LCD控制器、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：12bit的ADC在1Msps的速率下，功耗电流仅需350μA；模拟比较器工作仅需100nA。二线制电压变送器要求从信号线上取电，由于信号线上电流为4-20mA，因此变送器的整体功耗要保持在4mA以下，EFM32的低功耗具有明显的优势。
·高集成度
EFM32片上集成模拟比较器、运算放大器、AES硬件模块等资源，可减少部分的外围器件。EFM32集成了12bit的ADC与DAC，在采样精度上完全可以满足用户的使用需求，其中DAC本身具有2.5V的参考电源，与大部分电源变换IC的输入量程一致。
总结
EFM32具有优异的低功耗特性，非常适合于对于低功耗有要求的二线制温度变送器的应用。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非常的适合于二线制温度变送器。
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(2/17/2012) |
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