发布时间 : 星期三 文章基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计附程序+图更新完毕开始阅读6dd0da7804a1b0717fd5ddc6
响应时间短以及体积小巧、寿命长和使用方便等。
但是，从对上述对霍尔开关传感器的原理描述中可以看出，霍尔开关传感器中必须对霍尔效应片输入控制电流、同时其内部还有差分放大器等具有较大功耗的器件，典型的集成式霍尔开关传感器耗电为mA级，因此，霍尔开关传感器不适合应用在本低功耗设计中。
3.3.2 光电检测传感器
当光照射在半导体材料的PN结上时PN结的两侧将产生光生电动势，如外部用导线连接，将有光电流流过，通常的光电检测传感器都是基于这一原理。
目前的光电检测传感器就是利用上述原理，以光电二极管为例，把发光二极管和光电二极管相对放置便组成了光电检测电路，当被检测物体通过二者之间时，由于光电二极管所接受的光的强度发生变化，其产生的光电动势也发生变化，将这种变化进行放大和处理，就能产生反映有无物体通过二者之间的电压脉冲信号。
然而，由于在此结构中必须用到发光二极管（对于不需要发光二极管的光电检测传感器，功耗得到了降低，但是，其容易收到环境光线变化的影响，可靠性和检测精确度较低），因此，其功耗电也较高，不宜用在本低功耗设计中。
3.3.3 Wiegand(韦根)传感器
1. Wiegand传感器组成
Wiegand传感器由三部分组成：(1)Wiegand线；(2)检测线圈，将其缠绕在Wiegand线上，或放置在Wiegand线附近；(3)磁铁。常用结构示意如图3.4所示。
121221123(a)3(b)3(c)3(d)1－Wiegand线；２－检测线圈；３－磁铁
图3.4 Wiegand传感器组成
2. Wiegand传感器工作原理
Wiegand线是由一根铁磁材料制成的永磁体，由外壳和内芯组成，如图3.5所示。在强磁场的作用下，内芯与外壳有相同的磁极性。将Wiegand线放在与线芯极性相反的外部弱磁场附近，能使线芯
的极性发生改变，线放在与线芯极性相反的外部弱磁场附近，能使线芯的极性发生改变，而外壳的极性不变。随着外磁场强度的增加，外壳的极性也随之发生变化，这样置于Wiegand线附近的线圈就能检测出极性的转换，并产生电压脉冲输出。通常Wiegand线与检测线圈是装配在一起构成Wiegand组件。 3. Wiegand传感器工作方式
根据Wiegand线外部磁场引入的方式不同，Wiegand传感器有两种驱动方式：非对称驱动方式和对称驱动方式。非对称驱动方式开始把Wiegand组件置于一种称为渗透磁场的强磁场中，此时Wiegand线的外壳和内芯按同一方向极化，如图3.6(a) 所示；再把组件置于一种称为复位磁场的弱磁场中，此时内芯的极性反向,而外壳的极性不变，如图3.6(b) 所示；然后把组件置于渗透磁场中，Wiegand线内芯与外壳的极性又恢复到图3.6(a)的情况，由于Wiegand线中磁场的变化，导致在检测线圈中一个周期内产生单一方向的电压脉冲，如图3.6(c)所示。
内芯外壳图３.5 Wiegand丝结构(b)(a)(c)
图3.6 非对称驱动方式
在对称驱动方式中，采用两块磁场强度大小相等但极性相反的磁铁，一块磁铁首先将Wiegand线的外壳和内芯按同一方向进行渗透，如图3.7(a)所示；再将Wiegand线切换到第二块磁铁，在这过程中，首先线芯的极性改变，如图3.7(b)所示；然后外壳的极性发生改变，这一作用在检测线圈中产生一个方向的电压脉冲输出，如图3.7(c) 所示；接着，再将Wiegand线转回到第一块磁铁，首先内芯的极性改变为起始的极性，如图
3.7(d) 所示；其次外壳的极性也随之改变为起始的极性，这一过程产生相反方向的电压脉冲输出如图3.7(e) 所示[6]。
(b)(a)(c)(d)(e)
图3.7 对称驱动方式
4. WG系列韦根传感器原理及其特点
WG系列韦根传感器是利用韦根效应制成的一种新型磁敏传感器。其工作原理是传感器中磁性双稳态功能合金材料在外磁场的激励下，磁化方向瞬间发生翻转，从而在检测线圈中感生出电信号，实现磁电转换。
它具有以下特点：
(1) 传感器工作时无须使用外加电源，适用于微功耗仪表，如电子水表、电子气表和其它智能型仪表。
(2) 使用双磁极交替触发工作方式，触发磁场极性变化一周，传感器输出一对正负双向脉冲电信号，信号周期为磁场交变周期。
(3) 输出信号幅值与磁场的变化速度无关，可实现“零速”传感。 (4) 无触点、耐腐蚀、防水，寿命长。 (5) 利用电话线、同轴线可实现电信号远传。
由于WG系列韦根传感器具有以上的众多的特点，特别是其几乎不需要外界能量的输入。因此，选择它作为本低功耗设计的传感器。在这里，我们选择了南京艾驰电子科技有限公司的WG系列韦根传感器产品，其型号为WG101。具体使用方法为：在水表
的计量齿轮上安装小磁钢，当用户用水，齿轮转动，小磁钢将会转过Wiegand丝传感器，这时传感器产生一个高电平脉冲信号，经过整形、放大处理后输入至单片机进行计数计量。选择此传感器作输入信号测量的传感器，既满足了准确计量的基本要求，又满足了低功耗设计的需要，是本低功耗设计的重要组成部分。
3.4 信号处理模块的设计
WG系列WG101韦根传感器所产生的正向脉冲信号一般为1V～2V之间。为了保证系统能更加稳定的工作，必须对传感器所产生的脉冲信号进行放大、整形处理。我们采用下面的一个简单电路（如图3.8所示）可以很好的达到脉冲信号的放大、整形作用。经过处理后的电平信号，送单片机的外部中断INT0（P3.2）进行计数处理。当计满N（N表示为设定的转数值），用水总量加1，剩余水量减1（“1”在本设计中代表0.1m3的水）。
由于WG系列韦根传感器使用双磁极交替触发工作方式（即对称驱动方式），当水23表叶轮转动一周，触发磁场极性变化一周，韦根传感器输出一对正负双向脉冲电信号。当韦根传感器输出为正向脉冲时，NPN管导通，脉冲检测信号W_IN输出为高电平；当韦根传感器输出为负向脉冲时，NPN管截止，脉冲检测信号W_IN输出为低电平。即水表叶轮转动一周，脉冲检测信号W_IN存在一个由高到低的跳变。由于我们设定外部中断INT0（P3.2）为跳变触发方式，即电平发生由高到低的跳变时触发。因此，水表叶轮转动一周，外部中断INT0产生一次中断[5]。 VCCR1210kU6A1Q374042W_IN(P3.2)水表叶轮流量传感器R13200NPN 图3.8 信号处理电路图