概述

電磁流量計是一種測量導電介質體積流量的計量儀表，具有測量精度高、穩定性好、可靠性高等特點。電磁流量計除可測量一般導電液體的流量外，還可測量 液固兩相液體、高粘度液體及鹽類、強酸、強堿液體的體積流量，可廣泛應用于水泥、化工、輕紡、冶金、礦山、造紙、醫藥、給排水、食品飲料、環保等工業技術 部門，其產品的性能、質量和可靠性對上述企業的經濟效益有著重要的影響。

傳統電磁流量計一般采用8位或16位的單片機，單片機處理性能較弱和外圍接口少，同時不合適做低功耗設計；針對用電池供電的電磁流量計，系統需使用低功耗、高處理性的32 位處理器，為此以下將詳細闡述基于EFM32的電池供電的電磁流量計方案。

電磁檢測原理

電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律。在電磁流量計中，測量管內的導電介質相當于法拉第試驗中的導電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產生恒定磁 場。當有導電介質流過時，則會產生感應電壓，工作原理如圖1所示。管道內部的兩個電極測量產生的感應電壓。測量管道通過不導電的內襯（橡膠，特氟隆等）實 現與流體和測量電極的電磁隔離。

圖1 電磁流量計原理圖

B－磁通密度；D－測量管內徑；V－流量信號（電動勢）；U－液體平均軸向流速；則

根據法拉第電磁感應定律，感應電壓強度可用下面的簡式表達： V=kBLeU。

在圓形管道中，體積流量是：

由上式可見，體積流量qv與感應電動勢v和測量管內徑D成線性關系，與磁場的磁感應強度B成反比，與其它物理參數無關。這就是電磁流量計測量導電液體體積流量的原理。

系統框架

基于EFM32的電磁流量計主要包括微控制器、流量傳感器、系統電源、信號調理電路，共4個部分，系統框圖如圖2所示。

圖2 電磁流量計系統框架

微控制器

電磁流量計的主控MCU可以選取帶LCD驅動能力的EFM32TG840F32或EFM32G840F128，由于EFM32的產品各系列之間對應型號引 腳直接兼容，用戶可根據實際項目功能需求進行功能裁剪或升級。主控MCU通過DA輸出勵磁信號驅動流量傳感器的勵磁線圈產生磁場，并負責采集與處理流量傳 感器輸出的感應電動勢，同時可控制按鍵、顯示等人機界面；勵磁信號可采用三值低頻方波勵磁形式，如圖3所示；

圖 3 勵磁信號波形

流量傳感器

電磁流量計的主要特點：傳感器結構簡單，沒有機械轉動測量部件；在測量過程中，不受被測介質溫度、粘度、密度以及電導率（在一定范圍內）的影響；量程范圍極寬，并只與被測介質的平均流速成正比，而與軸對稱分布下的流動狀態（層流、湍流）無關，而且反應靈敏，線性好。

系統電源

電磁流量計為電池供電，EFM32的工作電壓為1.85~3.8V，工作電壓范圍比較寬，在一些3.6V的電池供電系統中無需前端添加LDO芯片。

方案優勢

相對于傳統的8位、16位單片機實現的電磁流量計，基于EFM32實現的本方案具有以下優勢：

超低功耗

EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，RTC、DMA可運行的EM2模式下，功耗電流僅為900nA，不運行RTC的模式下可低至600nA，而在 不保存RAM數據時更是只有20nA。同時，片上更是集成了低功耗外設：低功耗UART及I2C可運行于EM2模式下，可在CPU睡眠模式下實現數據的收 發及數據識別喚醒。由于電磁流量計為電池供電，對功耗有一定的要求，在對功耗要求比較高的場合甚至可由EFM32控制各模塊的供電，最大限度的提高其待機 時間，因此EFM32的低功耗具有明顯的優勢。

降低成本

EFM32采用ARM公司的Cortex-M3內核設計，其運算性能優異，支持硬件乘法器及除法器，支持ARM和Thumb2指令集，使程序代碼密度高， 執行效率快。片上集成有AD、DA信號采集與輸出模塊。在顯示上，EFM32集成了最高達8*36段LCD驅動，LG和GG系列可支持320*240的 16位TFT的RGB驅動，在帶顯示產品上可節省顯示驅動IC。