CN106374913A - 一种低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能表计系统技术领域，尤其涉及一种低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置，包括单片机，第一开关电路、第二开关电路、延迟电路以及磁阻传感器，单片机包括信号采集引脚、激励电源引脚、激励控制引脚、电源供电引脚、接地引脚，单片机的激励控制引脚和激励电源引脚均连接第一开关电路，第一开关电路连接延迟电路，延迟电路连接第二开关电路，第二开关电路连接磁阻传感器的接地端，磁阻传感器的电源输入端连接单片机的电源供电引脚，磁阻传感器的信号输出端连接单片机的信号采集引脚，第一开关电路、延迟电路、第二开关电路均连接单片机的接地引脚，实现在单片机休眠状态下的低功耗计数。

Description

一种低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置
技术领域
本发明涉及智能表计系统技术领域，尤其涉及一种低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置。
背景技术
智能表计系统中常用的一种技术，是将机械机芯计数器的示值转换为电子数据后进行数据显示和通信，目前普遍采用的转换方式是脉冲计数方式，通常由一个采集与处理电脉冲的单片机、传感器组成，传感器通常放置在机械机芯计数器的发讯磁钢附近，该位置要便于传感器可靠检测，当机械仪表计量时，发讯磁钢就会转动，传感器就会检测到磁场的变化，单片机周期性、间歇性地给传感器供电，通过传感器检测磁钢的旋转变化，进而得到机械机芯计数器的电子读数。
上述单片机工作方式为：休眠+采样，循环往复，单片机的休眠电流通常小于3uA，单片机采样时处于工作模式，假设单片机的工作电流为1mA，磁阻传感器的工作电流为2mA，这时单片机的工作电流+采样电流在3mA左右，休眠时间越长、采样时间越短，单片机的静态平均电流就会越小，反之就会越大，假如单片机的循环工作周期是100mS，采样时间是0.2mS，这时单片机的静态平均电流就是3uA+3000uA*0.2mS/100mS＝9uA。
上述传感器通常为干簧管传感器，也有采用磁阻传感器或霍尔传感器的，这三种传感器的采样电流大小情况为：霍尔＞磁阻＞干簧管，该传感器的最小采样单位通常为0.01立方米，这时单片机的静态平均工作电流可以控制在30uA以下，这样智能仪表的使用寿命就可以满足行业标准要求的6+1年；如果将传感器的最小采样单位提高到0.001立方米，势必单片机的采样周期要提高10倍，这样单片机的静态平均电流就会加大10倍，使智能表计的电池使用寿命缩短10倍。
上述技术的缺点是单片机无法在休眠模式下自动完成采样检测计数，为此TI公司利用LC电感进行旋转运动量的测量原理专门设计了一款低功耗MSP430FW427单片机，旋转测量采集部分只需要一个转盘和若干个电感电容,转盘的一半上面覆有阻尼系数相对较大的金属，另一半则是阻尼系数相对较小的塑料，LC谐振电压幅度的衰减和阻尼系数的大小有关，阻尼系数越大LC谐振电压幅度衰减越大，单片机内部的Scan IF模块自动检测电压波形衰减的幅度，就可以判断转盘所处的位置，这样单片机在休眠状态下通过低功耗Scan IF模块自动完成采样检测计数，大大降低了传统单片机定时采样的工作电流，为智能仪表实现升位采样计数提供了平台。
Scan IF模块由三部分组成:模拟前端(AFE)，信号处理状态机(PSM),定时状态机(TSM)，其中，模拟前端由激励电路VCC/2发生器，采样保持器、比较器和DAC几部分元器件组成。单片机对Scan IF模块进行设定后，Scan IF模块能够在单片机处于休眠模式下，不需要单片机干预，自动完成旋转物体的采样检测计数功能，大大降低了单片机的功耗，具体过程为：时序状态机(TSM)自动产生操作时序，先用SIFCHX端口对LC传感器进行激励，然后再对SIFCHX和SIFCIX端口上的信号进行采样检测并转换为数字形式，检测结果自动放入信号处理状态机(PSM)中，根据时序状态机(TSM)和模拟前端(AFE)的输入信号，对比分析存储在MSP430FW427存储器中的状态表，计算出旋转物体的运动圈数和方向，并将结果保存在信号处理状态机(PSM)中，当运动圈数达到规定的数值时，控制中断信号的产生，单片机收到中断信号后进入工作模式，读取信号处理状态机(PSM)里的正反转数据，进而得到机械机芯计数器的电子读数。
发明内容
本发明实施例通过提供一种低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置，解决了现有技术中单片机在休眠与工作交替模式下自动采样检测计数时，耗电量大的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例的技术方案如下：
一种低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置，包括单片机，第一开关电路、第二开关电路、延迟电路以及磁阻传感器，所述单片机包括信号采集引脚、激励电源引脚、激励控制引脚、电源供电引脚、接地引脚，所述磁阻传感器包括电源输入端、信号输出端以及接地端，所述单片机的激励控制引脚和激励电源引脚均连接第一开关电路，所述第一开关电路连接延迟电路，延迟电路连接第二开关电路，第二开关电路连接磁阻传感器的接地端，磁阻传感器的电源输入端连接单片机的电源供电引脚，磁阻传感器的信号输出端连接信号采集引脚，所述第一开关电路、延迟电路、第二开关电路均连接单片机的接地引脚；
在单片机处于休眠状态时，单片机中的检测模块控制以第一预设时间为周期，对磁阻传感器检测，所述第一开关电路，延迟电路、第二开关电路以及磁阻传感器构成的外挂低功耗控制电路在一周期内以第二预设时间处于工作状态，单片机根据磁阻传感器信号输出端输出的电平信息进行检测计数，其中，第一预设时间为5mS～50mS中的任一时间，第二预设时间为10uS～1mS中的任一时间。
进一步地，所述第一开关电路具体包括第一电阻、第二电阻、第一三极管，第一三极管的发射极与单片机的激励电源引脚连接，第一三级管的基极通过第一电阻与单片机的激励控制引脚连接，第一三级管的集电极通过第二电阻与单片机的接地引脚连接。
进一步地，所述延迟电路由第一开关电路中的第二电阻并联电容构成。
进一步地，所述第二开关电路包括第三电阻和第二三极管，所述第二三极管的基极通过第三电阻连接第一三极管的集电极，所述第二三极管的发射极连接单片机的接地引脚，所述第二三极管的集电极连接磁阻传感器的接地端。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于在采用由单片机、第一开关电路、第二开关电路、延迟电路以及磁阻传感器形成计数装置中，通过单片机在休眠状态下，控制以第一预设时间为周期对磁阻传感器进行检测，并控制该第一开关电路、延迟电路、第二开关电路以及磁阻传感器构成的外挂低功耗控制电路在一周期内以第二预设时间处于工作状态，进而实现在单片机休眠状态下的低功耗计数。
附图说明
图1为本发明实施例中低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置的原理模块示意图；
图2为本发明实施例中低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置，解决了现有技术中单片机在休眠与工作交替模式下自动采样检测计数时，耗电量大的技术问题。
为了解决上述现有技术中存在的缺点，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本发明实施例提供了一种低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置，如图1所示，包括单片机10，第一开关电路101、第二开关电路102、延迟电路103以及磁阻传感器104，该单片机包括信号采集引脚SIFCI0、激励电源引脚SIFCOM、激励控制引脚SIFCH0、电源供电引脚VCC、接地引脚Vss，磁阻传感器104包括电源输入端1041、信号输出端1042以及接地端1043，单片机10的激励控制引脚SIFCH0和激励电源引脚SIFCOM均连接第一开关电路101，第一开关电路101连接延迟电路103，延迟电路103连接第二开关电路102，第二开关电路102连接磁阻传感器104的接地端1043，磁阻传感器104的电源输入端1041连接单片机10的电源供电引脚VCC，磁阻传感器104的信号输出端1042连接信号采集引脚SIFCI0，第一开关电路101、延迟电路103、第二开关电路102均连接单片机10的接地引脚Vss。
单片机10以MSP430FW427单片机，磁阻传感器104以MRUS72S传感器为例进行说明。
在具体的实施方式中，该单片机10在休眠状态下，实现自动采样检测计数的功能，由于该单片机的检测模块控制以第一预设时间为周期，对磁阻传感器104检测，该第一开关电路101，延迟电路103，第二开关电路102以及磁阻传感器104构成外挂低功耗控制电路，在一周期内以第二预设时间处于工作状态，单片机10根据磁阻传感器104输出端输出的电平信息进行检测计数，其中，第一预设时间为5mS～50mS中的任一时间，第二预设时间为10uS～1mS中的任一时间。
具体地，激励控制引脚平时输出高电平，外挂低功耗控制电路不工作，电流消耗为零，在输出低电平时，第一开关电路101工作，延迟电路103导通，经过延迟整形之后，使得第二开关电路102工作，磁阻传感器104上电，该磁阻传感器104开始工作，该磁阻传感器104工作时长由激励脉冲的宽度决定，什么时候开始工作由延迟电路102决定，当磁阻传感器104没有检测到磁场时，输出“0”电平，当磁阻传感器检测到磁场时，输出“1”电平，实现磁场变化的模拟量到数字量的转换，进而由单片机10自动实现采样检测计数功能。
具体地，如图2所示，该第一开关电路101具体包括第一电阻R01、第二电阻R02、第一三极管Q01，第一三极管Q01的发射极与单片机10的激励电源引脚SIFCOM连接，第一三级管Q01的基极通过第一电阻R01与单片机10的激励控制引脚SIFCH0连接，第一三级管的集电极通过第二电阻与单片机的接地引脚Vss连接。该延迟电路103包括第二电阻和电容C01，该电容C01并联在第二电阻R02两端。第二开关电路102包括第三电阻R03和第二三极管Q02，第二三极管Q02的基极通过第三电阻R03连接第一三极管Q01的集电极，第二三极管Q02的发射极连接单片机10的接地引脚Vss，第二三极管Q02的集电极连接磁阻传感器104的接地端1043。这里的第一开关电路101和第二开关电路102中的三极管还可以用场效应管来代替。
由于该外挂低功耗控制电路工作时的电流为3.5mA，单片机处于休眠状态下检测周期为10mS，外挂低功耗控制电路工作的时间是20uS为例，这样，整个电路的平均工作电流就是3.5mA*20uS/10000uS＝7uA。单片机休眠时小于3uA的工作电流，静态平均工作电流就是10uA，小于行业标准要求的30uA实现了低功耗自动控制传感器采样计数的目的，将最小电子计量单位由0.01立方米轻松提高到0.001立方米中。也保证了寿命。
因此，通过上述的技术方案能够实现在单片机休眠状态下的低功耗计数。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置，其特征在于，包括单片机，第一开关电路、第二开关电路、延迟电路以及磁阻传感器，所述单片机包括信号采集引脚、激励电源引脚、激励控制引脚、电源供电引脚、接地引脚，所述磁阻传感器包括电源输入端、信号输出端以及接地端，所述单片机的激励控制引脚和激励电源引脚均连接第一开关电路，所述第一开关电路连接延迟电路，延迟电路连接第二开关电路，第二开关电路连接磁阻传感器的接地端，磁阻传感器的电源输入端连接单片机的电源供电引脚，磁阻传感器的信号输出端连接单片机的信号采集引脚，所述第一开关电路、延迟电路、第二开关电路均连接单片机的接地引脚；
在单片机处于休眠状态时，单片机中的检测模块控制以第一预设时间为周期，对磁阻传感器检测，所述第一开关电路，延迟电路、第二开关电路以及磁阻传感器构成的外挂低功耗控制电路在一周期内以第二预设时间处于工作状态，单片机根据磁阻传感器信号输出端输出的电平信息进行检测计数，其中，第一预设时间为5mS～50mS中的任一时间，第二预设时间为10uS～1mS中的任一时间。
2.根据权利要求1所述的低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置，其特征在于，所述第一开关电路具体包括第一电阻、第二电阻、第一三极管，第一三极管的发射极与单片机的激励电源引脚连接，第一三级管的基极通过第一电阻与单片机的激励控制引脚连接，第一三级管的集电极通过第二电阻与单片机的接地引脚连接。
3.根据权利要求1所述的低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置，其特征在于，所述延迟电路由第一开关电路中的第二电阻并联电容构成。
4.根据权利要求1所述的低功耗自动控制磁阻传感器采样检测的计数装置，其特征在于，所述第二开关电路包括第三电阻和第二三极管，所述第二三极管的基极通过第三电阻连接第一三极管的集电极，所述第二三极管的发射极连接单片机的接地引脚，所述第二三极管的集电极连接磁阻传感器的接地端。
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