主控芯片：EFM32TG840F32

方案概述

方案介绍：

基于EFM32的电池供电的电磁流量计方案，主要包括微控制器、流量传感器、系统电源、信号调理电路，共4个部分。

方案特性：

微控制器

电磁流量计的主控MCU可以选取带LCD驱动能力的EFM32TG840F32或EFM32G840F128，由于EFM32的产品各系列之间对应型号引脚直接兼容，用户可根据实际项目功能需求进行功能裁剪或升级。主控MCU通过DA输出励磁信号驱动流量传感器的励磁线圈产生磁场，并负责采集与处理流量传感器输出的感应电动势，同时可控制按键、显示等人机界面；励磁信号可采用三值低频方波励磁形式。

流量传感器

电磁流量计的主要特点：传感器结构简单，没有机械转动测量部件；在测量过程中，不受被测介质温度、粘度、密度以及电导率（在一定范围内）的影响；量程范围极宽，并只与被测介质的平均流速成正比，而与轴对称分布下的流动状态（层流、湍流）无关，而且反应灵敏，线性好。

系统电源

电磁流量计为电池供电，EFM32的工作电压为1.85~3.8V，工作电压范围比较宽，在一些3.6V的电池供电系统中无需前端添加LDO芯片。

EFM32

EFM32是来自挪威的Energy Micro最新推出的超低功耗ARM，该系列产品只有现有8位、16位、32位MCU的四分之一功耗，并且具有丰富的外设接口。

EFM32产品介绍

在活动模式下执行来自Flash的实际代码时每兆赫所耗电量为180μA，在深度睡眠模式下为900nA，在关机模式下为20nA。在应用基准测试中， EFM32 微控制器的低电流性能，加上低于2μs 的启动时间使其电池寿命延长了至少4 倍。

外设方面，EFM32能提供低功耗的外设，包括低能量的UART 和I2C 串行接口，A / D 和D / A 转换器和一个计数器和定时器主机。壁虎微控制器的独特之处在于它的“peripheral reflex system(周边反射系统)”（PRS）可与标准的32 位ARM 总线并行。PRS 可使EFM32 壁虎外围设备自主运行和交流，而中央处理器是关闭的，可延长睡眠时间并节省大量能源。

EFM32主要特性

32-bit ARM Cortex-M3 运行速率可达 32 MH

1.25 DMIPS/MHz

Superior Math Capability

Memory Protection Unit (MPU) ? USARTs with UART and SPI modes up 16 Mbit/s

温度范围： -40°~ 85°C ?

片上上电复位和掉电检测

90个带20mA 驱动力的GPIO ?

16个外部中断

外部总线接口(EBI) ?

存储对存储(DMA)

外围系统自主操作 ?

支持128/256-bit 硬件AES加密和解密

综合高、低频振荡器 ?

供电：1.8 ~ 3.8 V

Low Energy UART with 100 nA receive mode ?

Configurable LCD Controller driving up to 4x40 segments

低能量定时器脉冲输出可选 ?

灵活的24-bit实时计数器

脉冲计数器 ?

16-bit 定时器、比较器

12-bit ADC, 1 Msamples/s, 8通道 ?

12-bit DAC, 500 ksamples/s, 2通道

模拟比较器的8个输入多路复用和电容检测

电磁流量计

电磁流量计（Electromagnetic Flowmeters，简称EMF）是20世纪50~60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。 电磁流量计是应用电磁感应原理， 根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。

电磁流量计工作原理

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压损极小，可测流量范围大。最大流量与最小流量的比值一般为20：1以上，适用的工业管径范围宽，最大可达3m，输出信号和被测流量成线性，精确度较高，可测量电导率≥5μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。

当导体在磁场中作切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。感应电势的方向由右手定则判定，感应电势的大小由下式确定：

Ex=BDv－－－－－－－－－－－－－－－－-式（1）

式中Ex—感应电势，V；

　　B—磁感应强度，T

　　D—管道内径，m

　　v—液体的平均流速，m/s

然而体积流量qv等于流体的流速v与管道截面积（πD²）/4的乘积，将式（1）代入该式得：

Qv=(πD/4B)* Ex －－－－－－－－-式（2）

由上式可知，在管道直径D己定且保持磁感应强度B不变时，被测体积流量与感应电势呈线性关系。若在管道两侧各插入一根电极，就可引入感应电势Ex，测量此电势的大小，就可求得体积流量。

据法拉第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势，此感应电势由两个检测电极检出，数值大小与流速成正比例，其值为：

E=B·V·D·K

式中： E－感应电势；

K－与磁场分布及轴向长度有关的系数；

B－磁感应强度；

V－导电液体平均流速；

D－电极间距；（测量管内直径）

传感器将感应电势E作为流量信号，传送到转换器，经放大，变换滤波等信号处理后，用带背光的点阵式液晶显示瞬时流量和累积流量。转换器有4~20mA输出，报警输出及频率输出，并设有RS－485等通讯接口，并支持HART和MODBUS协议。

注：不同电磁流量计参数略有差异，使用时请务必查看说明书。

根据法拉第电磁感应定律，在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速v流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间产生感生电动势：

e=KBDv (3-36)

式中，v为管道截面上的平均流速，k为仪表常数。由此可得管道的体积流量为：

qv= πeD/4KB (3-37)

由上式可见，体积流量qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关。这就是电磁流量计的测量原理。

需要说明的是，要使式(3—37)严格成立，必须使电磁流量计测量条件满足下列假定：

①磁场是均匀分布的恒定磁场;

②被测流体的流速轴对称分布;

③被测液体是非磁性的;

④被测液体的电导率均匀且各向同性。