国民技术基于N32L436无磁LC解决方案用户手册

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1、编写目的
本文详细介绍方案功能、硬件设计、软件设计、工具使用、通信协议、参考例程等各部分内容，全面指导用户熟悉和使用无磁 LC 计量解决方案，并进行开发和调试。

2. 概述
无磁 LC 计量方案基于 N32L43X 系列芯片实现水表计量功能，芯片内置 LPRCNT 模块产生 LC 阻尼振荡，水表中金属圆盘转动影响振荡衰减速度，圆盘金属区靠近电感时振荡衰减快，非金属区靠近电感时振荡衰减慢，将大于设定幅值的振荡周期个数转换为比较器输出方波个数，监测方波个数的周期变化从而实现计量功能。

2.1 系统简介
2.1.1 阻尼振荡
无磁水表的基础原理是 LC 振荡传感器，在该电路中，通过开关 K 调整，可以在 LC 电路上实现一个正弦波输出电路，通过 K 对电容 C 充电，充满后，将 K 与电感 L 连通，电容的电量将通过 L 放电，由于存在电感 L 的电能消耗，所以将会呈现一个逐步衰减的正弦波输出。如下图：

2.1.2 区域检测
无磁 LC 方案通过检测正弦波衰减过程实现水表计量。在下图电路中，右侧圆盘代表旋转物体的表盘转子，斜线区域（区域 a）表示金属表盘区，无斜线区域（区域 b）表示为非金属表盘区，L 为固定的电感。当对该 LC 电路充电后，MCU 通过检测固定电容 C两端的电压，可以获得 LC 振荡电路中的正弦波。当电感处于金属区，会形成电感涡流，导致更大的电能消耗，正弦波衰减速度更快；当电感处于非金属区，基本不存在涡流，正弦波衰减速度相对较慢。通过 MCU 来检测正弦波衰减的快慢，可以准确识别出表盘转子处于哪个区域，进而判断表盘位置及圈数，达到水表计量的目的。

2.1.3 组合逻辑

无磁 LC 检测是通过两个 LC 振荡电路组成的传感器来实现的，在表盘转动过程中，金属靠近的位置会加剧阻尼振荡波形的衰减。

2.2 系统架构


2.3 功能描述
方案主要功能包括圈数计量、LCD 数据显示、低功耗管理、电压和温度采集、掉电保存、低功耗串口通信、参数设置等。

2.3.1 圈数计量
水表圈数计量结果最终需转换为用水量，本方案使用的水表支持水流速度最大2.5Hz左右，一般情况下，水表转一圈对应用水量为1L，所以水量计量检测和显示精度为1L=0.001m3。

2.3.2 LCD 数据显示
本方案需要显示的信息主要包括水量（单位 L）、电池电量、信号强度等，选用 GDC0689段码屏，显示效果如下所示：

GDC0689 段码屏显示逻辑表如下所示：

系统默认低功耗模式下 LCD 不显示，用户可采用以下两种方式切换 LCD 显示：
（1）按键切换。通过按键切换可依次实现总计量圈数显示、本次计量圈数显示、本次正向计量圈数显示、本次反向计量圈数显示、历史掉电保存初始圈数显示、LCD 关闭显示。
（2）串口指令切换。只要不是关闭 LCD 显示，每发送一次串口切换 LCD 显示指令，可依次实现总计量圈数显示、本次计量圈数显示、本次正向计量圈数显示、本次反向计量圈数显示、历史掉电保存初始圈数显示切换。通过按键或串口指令切换显示，每次切换需间隔 1S 以上。LCD 除显示计量圈数外，还显示电池电量、网络信号强度。
LCD 左上方编号为 2~4 的三位小数码管显示计量圈数的高 3 位，中间编号为 5~9 的五位大数码管显示计量圈数的低 5 位，最大可显示用水量为 99999999L，当超过显示量程后，显示重新从 0 开始显示。编号为 10 的数码管显示固定的单位 L。

2.3.3 低功耗管理
系统上电完成初始化后默认进入低功耗 STOP2 状态，该模式下 LPTIM、LPUART、 RTC 均能正常工作，LCD 默认关闭。当 LPTIM 定时达到采样周期后，系统从低功耗模式唤醒，进入正常工作模式，运行完应用任务后，再次进入低功耗模式。

2.3.4 电压和温度采集
电池电压和温度监测功能默认关闭，通过上位机工具可配置采集周期开启相应功能。以电池电压监测为例，系统采用 3.3V 参考电压，电压分频系数为(47+47)/47=2，当 3.3V 电 池供电时，分压后采得的电压约为 1.65V。

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2021-11-26 10:50 上传 UM_无磁LC方案用户手册_nowatermark.pdf

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