如何实现利用电感器和电容器产生AC振荡

在流量监控应用中，通常选择的测量技术是电感检测。 这项技术结合了旋转金属桨轮和线圈传感器，其中传感器在桨片经过线圈附近时利用电压和电流变化来检测桨片。 当交流电流作用于线圈时，所产生的交流磁场会使导电目标中形成涡电流。

基于电感器和电容器的 LC 电路可提供一种低成本方法来产生所需的 AC 振荡。 在这样的 LC 电路中，电容器以电能形式存储能量，线圈则以磁场形式存储能量。由于电路中没有外部电压来维持线圈中的电流，因此电流又流回电容器进行重新充电。 这整个周期不断重复，便在两个电路元件之间产生周期性的能量传递。 电感器和电容器之间的能量传递导致电压极性发生变化，最后产生交流电压和电流波形。

低能量系统（如物联网流量传感器）的问题在于：简单的实现都要求唤醒 MCU，以便按一定间隔生成激励信号以及对 A/D 转换器 (ADC) 输入进行采样。 如果已知流速较慢，那么 MCU 可以长时间休眠，只要间歇性唤醒进行读数即可。 但是，此类策略无法适应流速变化并面临错失重要接近事件的风险，从而导致流速低估。 如果 MCU 采用更活跃的占空比，可能会出现被唤醒但经常发现状态变化极小的情况，因而浪费处理周期和能量，缩短了电池的使用寿命。

为了解决这一难题，可以将更多的传感器处理操作转移到硬件外设。 通常，这些外设的运行能耗比 MCU 低得多，MCU 需要相对高的时钟速率，且必须不断地从存储器加载指令和数据才能执行任务。 硬件电路则更为精简，可在 MCU 处于低功耗休眠模式时以更低的时钟速率来运行。

在诸如 NXP Kinetis L 系列之一的 MCU 上，定时器和比较器可以配合执行大部分所需的传感器处理工作。 如果流量可逆，该方案可轻松扩展到正交等测量方案，其中两个基于线圈的传感器之间的角度为 90 度。 传感器在不同的时间检测导电桨片的经过情况，并使用相对定时确定速度和方向。

激励脉冲结束后，MCU 的比较器读取传感器的电压并生成逻辑 1，表示电压高于设定阈值时的无阻尼脉冲。 如果使用正交测量，则比较器的多路复用器选择待测量的传感器信号。 比较器的控制方式是通过定时器信号控制 Kinetis MCU 的存储器直接访问 (DMA)。 经过预定义的扫描周期次数后，MCU 被唤醒以便对 DMA 控制器从比较器传递到片载 RAM 的结果进行处理。

借助 LESENSE，MCU 上的比较器可充当脉冲发生器和计数器。 在状态机控制下的 DAC 输出生成激励脉冲后，比较器随着 LC 电路振荡而在高低状态之间切换。 在阻尼状态下，这表示靠近导电物体，其中激励信号后的脉冲数量将比无阻尼状态下少很多。 状态机记录脉冲计数并保存在存储器中。

LESENSE 块能够处理正交传感器的输入以指明方向变化，还可以在取得一个或多个正读数之后进行编程以激活 MCU。 这样就避免了预定读数后软件的操作，因为所有这些读数可能为负。