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低成本方法来产生所需的AC振荡设计

标签:低成本,成本,方法,产生,所需,振荡,设计 时间:2019年12月14日 阅读4
【导读】液体或气体流速检测是物联网 (IoT) 应用的一项紧张要求,如监控气流或液体处理性能所需的智能表计和传感器。 传感器通常必要部署在阔别电源模块源的位置,那么在其使用寿命期间必须寄托电源模块池供电源模块。 因此低能耗就十分关键。   在流量监控应用中,通常选择的测量技术是电源模块感检测。 这项技术结合了旋转金属桨轮和线圈传感器,其中传感器在桨片经过线圈附近时行使电源模块压和电源模块流转变来检测桨片。 当交流电源模块流作用于线圈时,所产生的交流磁场会使导电源模块目标中形成涡电源模块流。   基于电源模块感器和电源模块容器的 LC 电源模块路可提供一种低成本方法来产生所需的 AC 振荡。 在如许的 LC 电源模块路中,电源模块容器以电源模块能情势存储能量,线圈则以磁场情势存储能量。 当电源模块容器受到激励时,它首先充电源模块,其电源模块压直至达到 DC 电源模块源电源模块压。 当电源模块容器充满且电源模块源电源模块流切断后,电源模块容器开始通过线圈放电源模块。 随着通过线圈的电源模块流开始上升,电源模块容器的电源模块压开始降落。 这种渐渐上升的电源模块流在线圈四周产生一个磁场。 电源模块容器完全放电源模块后,电源模块容器之前存储的能量如今存储在电源模块感线圈中。   因为电源模块路中没有外部电源模块压来维持线圈中的电源模块流,因此电源模块流又流回电源模块容器进行重新充电源模块。 这整个周期赓续重复,便在两个电源模块路元件之间产生周期性的能量传递。 电源模块感器和电源模块容器之间的能量传递导致电源模块压极性发生转变,最后产生交流电源模块压和电源模块流波形。   每次在这两个电源模块路元件之间传递能量时,发生的损耗均会使振荡衰减。 这是因为阻性电源模块路元件造成的,它们会随时间的流逝而消失能量。 在每半个振荡周期,振荡的幅度会削弱,直到电源模块路完全没电源模块。 这一阻尼过程在有金属物体靠近线圈时会加速,缘故原由是在物体内部会产生涡电源模块流。   为了确定导电源模块物体是否存在,一种微控制器 (MCU) 算法可测量振荡波幅度。 一样平常来说不锈钢闸阀,MCU 会按肯定间隔测量电源模块路中的电源模块压并与基准电源模块压进行比较。 假如与没有外部阻尼的情况相比,输入电源模块压降到低于此基准电源模块压的速度更快,MCU 便会触发一个接近事件。 通过分析接近事件的频率,便可注解气体或液体推动桨片绕轴旋转时的流速。   低能量体系(如物联网流量传感器)的题目在于:简单的实现都要求唤醒 MCU,以便按肯定间隔生成激励旌旗灯号以及对 A/D 转换器 (ADC) 输入进行采样。 假如已知流速较慢,那么 MCU 可以长时间休眠,只要间歇性唤醒进行读数即可。 但是,此类策略无法适应流速转变并面临错失紧张接近事件的风险,从而导致流速低估。 假如 MCU 采用更活跃的占空比,可能会出现被唤醒但经常发近况态转变极小的情况关键字排名,因而虚耗处理周期和能量,缩短了电源模块池的使用寿命。   为了解决这一难题,可以将更多的传感器处理操作转移到硬件外设。 通常,这些外设的运行能耗比 MCU 低得多,MCU 必要相对高的时钟速率,且必须赓续地从存储器加载指令和数据才能实行义务。 硬件电源模块路则更为精简,可在 MCU 处于低功耗休眠模式时以更低的时钟速率来运行。   在诸如 NXP Kinetis L 系列之一的 MCU 上,准时器和比较器可以配合实行大部分所需的传感器处理工作。 假如流量可逆,该方案可轻松扩展到正交等测量方案,其中两个基于线圈的传感器之间的角度为 90 度。 传感器在不同的时间检测导电源模块桨片的经过情况新疆人事考试中心,并使用相对准时确定速度和方向。   低成本方法来产生所需的AC振荡设计 图 1: 该电源模块路用于通过与 (AND) 门将 NXP Kinetis L 上准时器输出连接到基于线圈的流量传感器,从而缩短激励脉冲。   在此类方案中,两个准时器 TPM0、TPM1 可从一个 32 kHz 晶体直接计时,以便在 CPU 处于深度休眠模式时保持运行。 准时器继承对时钟计数LED荷叶荷花灯,并且假如处于 PWM 模式,准时器的输出可能会在用于生成传感器控制旌旗灯号的引脚上传递。 这些旌旗灯号可以控制传感器的激励,同时导通一个晶体管并以采样频率短期提供电源模块流。   现实上,充电源模块时间要比 32 kHz 时钟的周期时间短得多,因此可以设置晶体管,以便通过带有与 (AND) 门的 RC 电源模块路生成更短的脉冲。 电源模块阻和电源模块容值从 MCU 准时器上激励旌旗灯号上升沿提供对与 (AND) 门的耽误相应,使其可以充当一个脉冲生成器。   激励脉冲结束后,MCU 的比较器读取传感器的电源模块压并生成逻辑 1,透露表现电源模块压高于设定阈值时的无阻尼脉冲。 假如使用正交测量,则比较器的多路复用器选择待测量的传感器旌旗灯号。 比较器的控制体例是通过准时器旌旗灯号控制 Kinetis MCU 的存储器直接访问 (DMA)。 经过预定义的扫描周期次数后,MCU 被唤醒以便对 DMA 控制器从比较器传递到片载 RAM 的效果进行处理。   低成本方法来产生所需的AC振荡设计 图 2: 用于正交流量传感的 Kinetis L MCU 上准时器和比较器的配置。   可配置控制块为体系设计人员提供了更大的天真性。 Silicon Labs 通过 Gecko 系列 MCU 实现的 LESENSE 外设控制器就是一个例子。 为了自立分析传感器效果,LESENSE 解码器能够为有限状况机定义最多 16 个状况,并定义状况转换时的可编程操作。 如许解码器就可以实现更大范围的解码方案,如正交解码。 RAM 块可用于存储配置和测量效果。 如许 LESENSE 就有了相对较大的效果缓冲区,从而使 MCU 在收集传感器数据时可以长时间保持低能量模式。   低成本方法来产生所需的AC振荡设计 图 3: 使用 Silicon Labs Gecko MCU 的正交流量测量设置示例。   借助 LESENSE,MCU 上的比较器可充当脉冲发生器和计数器。 在状况机控制下的 DAC 输出生成激励脉冲后,比较器随着 LC 电源模块路振荡而在高低状况之间切换。 在阻尼状况下,这透露表现靠近导电源模块物体,其中激励旌旗灯号后的脉冲数量将比无阻尼状况下少许多。 状况机记录脉冲计数并保存在存储器中。   LESENSE 块能够处理正交传感器的输入以指明方向转变,还可以在取得一个或多个正读数之后进行编程以激活 MCU。 如许就避免了预定读数后软件的操作,由于所有这些读数可能为负。   低成本方法来产生所需的AC振荡设计 图 4: 有关脉冲串的振荡阻尼影响(由基于 Silicon Labs LESENSE 的检测体系生成)。   Silicon Labs 的经验型研究效果注解,390 µH 线圈最多可检测 6 mm 金属物体,并且采样频率为 20 Hz 时,在 Gecko 的深度休眠模式中仅使用 200 nA 电源模块流,如许振荡器和其他辅助电源模块路统共消费 1.2 μA。   通过将流量传感器测量分流到硬件,可以使 CPU 内核休眠更长时间,同时不会导致软件的频繁处理消费更多的电源模块流,如许可使单电源模块池充电源模块的体系维持更长的时间。    

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