大口徑超聲波流量計(jì)高精度低功耗方案設(shè)計(jì)

大口徑超聲波流量計(jì)高精度低功耗方案設(shè)計(jì)Accordingtotheultrasonictimedifferencemeasurementwhichisthekeylinkabouttheprecisionandpoweroful-trasonicflowmeter,thecontrolsystemwithultralowpowerprocessorEFM32G880F128asthecontrolcore,withtimedifferencemeasurementcircuitconsistedofhighprecisionlowpowerultrasonic-sensinganalogfrontendTDC1000andtime-to-digitalcon-verterTDC7200wasdesigned,itbettercontrolederrorandpowerconsumptionintheprocessofechosignalamplificationandre-ceiving,thus,thebatterypowerandlargediametermeasurementprecisionoftheultrasonicflowmeterwereimprovedeffectivelyandthepowerisreducedgreatly.Theexperimentalresultsshowthatthemeasurementaccuracyiswithin1%.Itmeetstheneedsofthemarket,andhasagoodapplicationprospect.%針對(duì)影響超聲波流量計(jì)測(cè)量精度和功耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——EFM32G880F128TDC1000TDC7200測(cè)量電路的掌握系統(tǒng),較好地掌握了在回波信號(hào)的放大及接收過程中產(chǎn)生的誤差及功耗,有效地提高了電池供電、大口徑超聲波流量計(jì)的測(cè)量精度,降低了產(chǎn)品功耗.經(jīng)1%,能夠滿足市場(chǎng)需求,具有良好的應(yīng)用前景.《儀表技術(shù)與傳感器》【年(卷),期】2023(000)0065(P44-47,53);TDC1000;TDC7200梅彥平;嵇子航;林敏【作者單位】116600;大連理工大學(xué)城市學(xué)院,遼116600;大連理工大學(xué)城市學(xué)院,遼寧大連116600【正文語(yǔ)種】中文TP216等特點(diǎn)，在流量檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［1］。此外，由于超聲波液體流量計(jì)的流通通道未設(shè)置任何阻礙器件，在大口徑流量測(cè)量中有比較突出的優(yōu)勢(shì)［2］。量計(jì)測(cè)量精度、降低功耗的解決方案，具有較高的有用價(jià)值。測(cè)量原理1［3－4］12，L2，vc換能器發(fā)出的超聲波在室溫靜止流體中的傳播速度，α2管渠軸線間的夾角。t1t2式中：DK誤差功耗分析測(cè)量的準(zhǔn)確性，是提高流量計(jì)測(cè)量精度的關(guān)鍵因素。mV，要準(zhǔn)確采集到回波信號(hào)，必需對(duì)1MHz右，則必需承受帶寬較高的高速放大器。2低功耗的微掌握器，關(guān)鍵還在于超聲波時(shí)差測(cè)量電路的設(shè)計(jì)與掌握。硬件電路設(shè)計(jì)2EFM32G880F128MCUTDC1000TDC7200SPI存儲(chǔ)等。外圍電路由穩(wěn)壓電路、晶振、RS485LCDSWD程序調(diào)試下載接口等電路組成。EFM32G880F128ARMARMCortex－M3CPU平臺(tái)，主頻可達(dá)32MHz，具有4×40段LCD驅(qū)動(dòng)器、16位低功耗定時(shí)器、2UART、超低功耗周密模擬電壓比較器、12bitADCDAC900nA2μs20nA。創(chuàng)的超高能效與EFM32G880F12840%，格外適合電池長(zhǎng)久供電的智能儀表應(yīng)用。時(shí)差測(cè)量電路3TDC1000TDC7200播時(shí)間的測(cè)量等。TDC1000TDC1000〔analogfrontend，AFE〕，可用于測(cè)量流量、物位、距離和流體識(shí)別，廣泛應(yīng)用于汽車、工業(yè)、醫(yī)療和消費(fèi)等領(lǐng)域。TDC1000420dB〔LNA〕，只需要簡(jiǎn)潔的電容或電阻即可組成電容反響或電阻反響放大電路；其次級(jí)為一個(gè)可編程增益放大器〔PGA〕，3dB21dB。TDC10003ShortTOFMeasurement，StandardTOFMeasurementStandardTOFMeasurementwithPowerBlanking。在超聲到回波信號(hào)后發(fā)送停頓脈沖，隨后放大器馬上關(guān)閉。產(chǎn)生的干擾，進(jìn)一步提高測(cè)量精度。TDC7200TDC7200是一款時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，適用于流量計(jì)、燃?xì)獗砗蜔崃勘淼瘸暡ǜ袦y(cè)，尤其是高精度零流量和低流量測(cè)量。TDC720020.012～0.5ms和01001b125～8ms55ps0.5μASPI5ps回波信號(hào)濾波電路TDC1000LNAOUTPGAIN、PGAOUTCOMPIN，分別31MHz波信號(hào)的高效濾波處理。這樣，由TDC1000和TDC7200構(gòu)成的超聲波時(shí)差測(cè)量電路，除了微掌握器以外，只需用電阻、電容等無源元器件構(gòu)成相應(yīng)外圍電路即可，不僅電路簡(jiǎn)潔，測(cè)量精度高，功耗也得到有效掌握。5流量計(jì)算程序、顯示程序等局部組成。系統(tǒng)上電后，首先對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘、顯示模塊、定時(shí)器、通訊模塊、I／OTDC1000TDC7200TDC1000TDC7200降低功耗。，TDC1000TDC7200TDC7200以降低功耗，回波信號(hào)經(jīng)過TDC1000進(jìn)展濾波、PGA增益調(diào)整、放大等環(huán)節(jié)后，12bit號(hào)是否被調(diào)整到適宜的范圍。當(dāng)回波信號(hào)強(qiáng)度到達(dá)設(shè)定的強(qiáng)度范圍時(shí)，TDC1000TDC7200TDC7200據(jù)脈沖信號(hào)測(cè)量超聲波傳播時(shí)間。TDC7200SPI流速和流量，并將相關(guān)信息顯示在液晶顯示器上。TDC1000TDC720012〔依據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG1030—2023《超聲流量計(jì)》〕，10.75mW〔s1〕，單節(jié)鋰電池供電〔ER34615〕6，210a此外，在調(diào)試及分析的根底上，還通過以下措施來進(jìn)一步提高系統(tǒng)測(cè)量精度：對(duì)于采集到的時(shí)差數(shù)據(jù)，可綜合運(yùn)用滑動(dòng)平均濾波和中位值平均濾波法進(jìn)展2TDC1000穩(wěn)壓器，協(xié)作大容量鉭電容濾波，提高電源局部的抗噪力量。單獨(dú)設(shè)立電源層和地線層，可以有效削減脈沖信號(hào)引起的串?dāng)_。PCB加線寬，盡量削減使用過孔，以掌握傳輸線之間的寄生電容。TDC1000TDC72002的標(biāo)準(zhǔn)，滿足市場(chǎng)需求，具有良好的應(yīng)用前景?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】［1］楊彬，秦文，張阿真.型管段式超聲波液體流量計(jì)的設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化與儀表，2023〔8〕：31－35.［2］［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2023〔4〕：28－30.［