采用16-bit MCU實現超低功耗運動檢測

諧振 LC 傳感器技術用于運動檢測已有數年，包括流量計量以及其它低速轉動檢測系統等。幾乎在所有情況下，推動上述傳感器設計發展的共同主線都是低功耗解決方案的需求，它通常為電池供電設備的低功耗解決方案。通過模擬測量組件與獨立于主 CPU 工作的狀態機處理接口相結合，本文以德州儀器 (TI) 的 MSP430FW42x 系列16位MCU為例，給出超低功耗運動檢測系統解決方案的清晰說明。 　　圖 1 顯示了簡易旋轉運動檢測系統的實施。除了微控制器與顯示器之外，還顯示了二通道諧振 LC 傳感器的配置。單一傳感器僅可用于轉動檢測，添加了第二個傳感器后，就還可提供方向信息。

圖 1 MSP430FW42x 轉動系統原理圖

傳感器原理

使用諧振 LC 傳感器的基本原理與 LC 電路振蕩時電感器輻射的磁場干擾有關。上述振蕩由 LC 傳感器脈沖引起，然后將一側釋放為高阻抗。激勵后的振蕩頻率是傳感器的基本頻率，計算如下：

一旦電路進入振蕩，則 LC fOSC 輸出隨存儲能量的消耗迅速衰減為零。振蕩時，通過傳感器的電流產生磁場，磁場通常不受外部因素影響。但當有金屬表面靠近振蕩的電感器時，信號衰減速率就會快很多。圖 2 顯示了更詳細的傳感器配置視圖，并顯示了減振輪 (damping wheel) 以及相應的輸出信號。

圖 2 傳感器配置與振蕩

如圖 2 所示，傳感器 1 受到轉動輪金屬涂層部分的影響。與未受影響的傳感器 2 的信號輸出相比，振蕩衰減率增加。由磁場切割在金屬表面形成的感應渦流增加了 LC 傳感器的負載，從而加快了激勵振蕩的存儲能量的消耗。增加的衰減率也可稱為金屬表面產生的傳感器衰減。如能夠順利地檢測到與對應未衰減條件相應的衰減信號，則可檢測精心設計轉動輪的系統就提供一種感應給定系統運動的方法。

檢測電路

每個傳感器的激勵都由傳感器一側的簡單脈沖提供。振蕩檢測以及更重要的變化衰減率檢測用簡單的比較器與電壓參考實施。我們用有關振蕩信號驅動比較器的一個輸入，用參考信號驅動其它輸入，這樣，如比較器輸出大于參考電壓，就會與傳感器輸出發生振蕩；如振蕩低于比較器參考電壓，則比較器輸出會變為零。閉鎖比較器輸出，就完成了模擬傳感器系統到數字域的轉變，可進行 uC 處理。如果我們仔細校準比較器參考與信號具體點上的衰減和未衰減振蕩間的下降，那么比較器輸出就會反映傳感器的狀態。如果我們以通用數模轉換器 (DAC) 替代參考的話，那么就可以方便地校準參考電壓，并能根據系統稍有不同的傳感器的要求積極修改參考電壓，或對測量系統施加磁滯。