基于GP21+EFM32 的超低功耗超声波热量表
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。
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
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
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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