隨著時代發展，智能水表替代部分傳統機械水表，得到廣泛應用。而智能水表的計量方式也隨著電子技術的發展越來越多樣化，如機械表頭檢測、超聲波檢測、有磁檢測等方式相繼問世。但這些方式存在明顯局限性：容易受外界電磁干擾或者因為永磁體對水中雜質的累計吸附，造成計量誤差或被人為利用、漏計及不計。在這種情況下，無磁計量水表以其計量精度高、無磁性、無雜質吸附，且不被人為干擾等優點，被廣大水表廠家所青睞，市場前景廣闊。

本文基于SiliconLabs公司EFM32xx系列MCU內部集成的Low Energer Sensor外設基礎上方便實現無磁水表計量技術方案來做探討。除水表外，氣表、熱表采用這種計量方式亦同樣可行。

無磁檢測原理簡介

無磁水表的基礎原理是LC振蕩傳感器，在該電路中，通過開關K調整，可以在LC電路上實現一個正弦波輸出電路，通過K對電容C充電，充滿后，將K與電感L連通，電容的電量將通過L放電，由于存在電感L的電能消耗，所以將會呈現一個逐步衰減的正弦波輸出。如下圖：

LC振蕩電路

利用該原理，無磁水表通過檢測該正弦波衰減過程來實現水表計量。在下圖右邊部分的電路中，圓盤代表水表的表盤轉子，深色區域表示金屬表盤區，白色區域表示為非金屬表盤區，L為固定的電感線圈。

當對該LC電路充電后，MCU通過檢測固定電容C兩端的電壓，可以獲得LC振蕩電路中的正弦波。當電感線圈處于金屬區，會形成電感渦流，導致更大的電能消耗，正弦波衰減速度更快；當電感線圈處于非金屬區，基本不存在渦流，正弦波衰減速度相對較慢。通過MCU來檢測正弦波衰減的快慢，可以準確識別出表盤轉子處于哪個區域，進而判斷表盤位置及圈數，達到水表計量的目的。

水表計量無磁檢測示意圖

無磁檢測是通過兩個LC振蕩電路組成的傳感器來實現的，下圖列出了表盤轉動過程中對應LC振蕩的正弦波衰減變化過程圖。

轉子狀態A對應衰減波形

轉子狀態B對應衰減波形

轉子狀態C對應衰減波形

轉子狀態D對應衰減波形

通過分析，得到Sensor1/Sensor2狀態在轉子轉動過程中在A（0/1）->B（0/0）->C（1/0）->D（1/1）->A（0/1）->B（0/0）->C（1/0）……中循環出現，我們通過檢測Sensor1/Sensor2的正弦波衰減趨勢獲取對應狀態，再通過不同的組合狀態(A:快/慢 B:快/快 C:慢/快 D:慢/慢)，進而獲得水表的位置并計算出轉速。

用低電平表示衰減較快，高電平表示衰減較慢，得到下列關系：

傳感器檢測位置邏輯圖

那么關鍵問題是，MCU如何更有效檢測Sensor1與Sensor2的狀態，并使這個過程更簡單更快速，又更低功耗呢？Silicon Labs公司的 32bit MCU內置Low Energy Sensor模塊，將為我們提供一個量身定制用于無磁檢測計量的方案。

無磁水表方案介紹

方案采用Silicon Labs公司的MCU EFM32TG11B340F64GQ64為主平臺，利用MCU內部的Low Energy Sensor模塊實現無磁檢測；LDO采用Microchip公司的超低功耗LDO MCP1711；Microchip公司的EEPROM 24LC16用于存儲數據信息；水表閥門開關控制采用三極管實現的分離驅動電路來驅動BDC閥門實現；數據采集通過UART來實現與抄表模塊通訊，用戶可以采用NB-IoT/Sub-G/藍牙等方式來實現遠程數據采集。

無磁水表方案框圖

MCU平臺介紹及方案框圖

EFM32TG11B340F64GQ64是基于ARM Cortex-M0+核 MCU，采用最新90nm新工藝設計，工作頻率可達48 MHz；超低功耗，51 μA/MHz @ 3 V Sleep Mode，5種低功耗模式可以靈活滿足各種功耗設計需求；32K的Flash空間，4K SRAM；豐富的外設為集成化設計提供了便利，內部集成可選的超低功耗LCD驅動達8*20段位；集成內部比較器/運放，12bit ADC及12bit DAC模塊， DAC輸出可配置為比較器參考電壓輸入；8通道DMA大大提高系統效率；通訊接口豐富，雙串口加上一個低功耗串口Low Energy UART，IIC/SPI都可以支持在DMA模式下工作；加密算法靈活，支持自動隨機數；提供高進度低功耗RTC及RTC備用電源接口；Low Energer Sensor模塊可以實現電容/電感/電量變化檢測及喚醒機制；抗干擾性強，性能穩定。