數(shù)字相差法芯片在超聲波水表中的應(yīng)用課件

數(shù)字相差測(cè)量芯片在超聲波水表中的應(yīng)用目錄數(shù)字相差流量測(cè)量芯片開啟智能化水表設(shè)計(jì)艾薩半導(dǎo)體Zigbee通訊產(chǎn)品1、2、3、4、1、艾薩半導(dǎo)體1.1公司簡(jiǎn)介總部地址：

美國(guó)加利福尼亞州洛杉磯市Fabless設(shè)計(jì)公司產(chǎn)品方向：

工業(yè)測(cè)量和控制領(lǐng)域成立時(shí)間：

1992年4月1、艾薩半導(dǎo)體1.2技術(shù)經(jīng)驗(yàn)在

CMOS,Bipolar,BiCMOS領(lǐng)域中超過20年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)線程:0.35um,0.18um,90nm封裝:通用標(biāo)準(zhǔn)封裝和模組封裝1.3服務(wù)領(lǐng)域Analog&Digital設(shè)計(jì)服務(wù)后端布局布線設(shè)計(jì)服務(wù)PCB版設(shè)計(jì)服務(wù)1、艾薩半導(dǎo)體1.4主要產(chǎn)品產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電測(cè)量,流量測(cè)量和熱計(jì)量領(lǐng)域.Σ-ΔADC系列

SN6501（單相）,SN6503（三相）

微控制器系列（32bitM0core）

IPC32F01/02/03

流量和熱計(jì)量系列

UTA6901,UTA6902,UTA6903,UTT821

UTA6905(新品)目錄數(shù)字相差流量測(cè)量芯片開啟智能化水表設(shè)計(jì)艾薩半導(dǎo)體Zigbee通訊產(chǎn)品1、2、3、4、2.1數(shù)字相差技術(shù)2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA69052.1數(shù)字相差技術(shù)連續(xù)計(jì)量多達(dá)31個(gè)回波的相差值，使流量測(cè)量波動(dòng)性更小，重復(fù)性更好。采用高分辨率的TDC（單精度64ps，雙精度32ps）計(jì)量相差信號(hào)，結(jié)果精度更高，穩(wěn)定性更好。自動(dòng)順逆流測(cè)量，自動(dòng)結(jié)果累加，減少SPI通訊時(shí)間30%，整機(jī)功耗更低。2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA6905技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

回波測(cè)量更穩(wěn)定；小流量測(cè)量精度提高2.2回波幅值檢測(cè)2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA6905

如何判斷回波信號(hào)質(zhì)量？換能器之間的匹配，流體介質(zhì)中的氣泡、雜質(zhì)影響，這些都會(huì)導(dǎo)致回波信號(hào)發(fā)生變化。

如何提前預(yù)知換能器故障？隨著應(yīng)用時(shí)間的增長(zhǎng)，換能器元件老化或者結(jié)垢等原因會(huì)使信號(hào)會(huì)發(fā)生衰減。如何實(shí)現(xiàn)前級(jí)放大輸出自調(diào)整？

在氣表或其他應(yīng)用場(chǎng)合，回波信號(hào)不斷發(fā)生變化，需要保證前級(jí)放大器輸出自穩(wěn)定。？？？測(cè)試數(shù)據(jù)如下：2.2回波幅值檢測(cè)2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA6905標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)

單位：mv1528456181100112125145160170185203217237253265280296313332347362376390408422440VECHO

寄存器2468101214161820222426283032343638404244464850525456計(jì)算結(jié)果1531476278941091251411561721882032192352502662822973133293443603763914074234382.2回波幅值檢測(cè)逐次逼近式檢測(cè)，在量程中由高到低檢測(cè)；500mv/250mv量程可選：在VECHO_RNG中設(shè)置振幅測(cè)量量程：VECHO_RNG=100：Vrng=0.152VCC，（500mV@VCC=3.3V）VECHO_RNG=001：Vrng=0.076VCC，（250mV@VCC=3.3V）分辨率：量程/32最大測(cè)量31次回波終止電壓可設(shè)定2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA69052.2回波幅值檢測(cè)有效檢測(cè)管段或換能器工作狀態(tài)提供在線工作狀態(tài)參考提前預(yù)知換能器故障小提示：建議把屏蔽寄存器DEVAL設(shè)置到回波穩(wěn)定部分，避開振幅未穩(wěn)定的波形

合理設(shè)定終止電壓，更節(jié)省測(cè)量時(shí)間和功耗2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA69052.3換能器故障檢測(cè)更加有效的斷線檢測(cè)機(jī)制：可進(jìn)行故障定位：順流/逆流換能器斷線

壓電陶瓷工作異常檢測(cè)2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA69052.3換能器故障檢測(cè)UTA6905換能器故障檢測(cè)的原理為：正常情況下，換能器在發(fā)送激勵(lì)脈沖后，存在一個(gè)阻尼振蕩的過程，也就是通常所說(shuō)的余波，UTA6905芯片會(huì)檢測(cè)衰減的振蕩余波。

斷線狀態(tài)下：沒有振蕩余波

壓電陶瓷異常：振蕩余波個(gè)數(shù)異常2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA69052.3換能器故障檢測(cè)UTA6905內(nèi)部的比較器可以將阻尼振蕩整形為方波并進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過計(jì)數(shù)值反映換能器的狀況。2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA69052.4第一波檢測(cè)繼承和優(yōu)化了首波檢測(cè)功能。2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA69052.4第一波檢測(cè)有效濾除外部干擾信號(hào)更加穩(wěn)定的指示空管狀態(tài)小提示：此時(shí)輸出時(shí)差信號(hào)而非相差信號(hào)2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA69052.5可選的濾波方式2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA6905增強(qiáng)的抗干擾措施：方式一：第一波檢測(cè)

方式二：屏蔽窗

方式三：內(nèi)部硬件濾波（新增功能）2.5可選的濾波方式2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA6905UTA6905每個(gè)流量方向最多可采集31組相差數(shù)據(jù)，通過寄存器配置可打開/關(guān)斷硬件濾波。濾波方式可選：

濾除1個(gè)max和1個(gè)min測(cè)量數(shù)據(jù)

濾除2個(gè)max和2個(gè)min測(cè)量數(shù)據(jù)

濾除3個(gè)max和1個(gè)min測(cè)量數(shù)據(jù)

濾除1個(gè)max和3個(gè)min測(cè)量數(shù)據(jù)

濾除后的數(shù)據(jù)自動(dòng)平均值處理。2.6

PINTOPIN兼容6903硬件電路：基本不需要改動(dòng)。

軟件修改：只需修改采集方式，基本不需要修改算法。2、數(shù)字相差流量測(cè)量芯片--UTA6905目錄數(shù)字相差流量測(cè)量芯片開啟智能化水表設(shè)計(jì)艾薩半導(dǎo)體Zigbee通訊產(chǎn)品1、2、3、4、3、開啟智能化水表設(shè)計(jì)超聲波水表技術(shù)特點(diǎn)：使動(dòng)流量要求更低小流量計(jì)量要求精度更高整機(jī)功耗要求嚴(yán)格3.1超聲波水表原理框圖：3、開啟智能化水表設(shè)計(jì)3、開啟智能化水表設(shè)計(jì)

基本原理圖3、開啟智能化水表設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1、專用集成電路是關(guān)鍵不論是時(shí)差法還是相位差法，專用集成電路的測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定是關(guān)鍵。2、多脈沖激勵(lì)換能器：

相差法設(shè)計(jì)，多脈沖激勵(lì)是關(guān)鍵。數(shù)量較少的脈沖波難以充分激勵(lì)換能器，不能得到足夠數(shù)量的回波，多數(shù)情況下使用換能器激勵(lì)達(dá)到幾十個(gè)脈沖。3、開啟智能化水表設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：3、回波接收：

回波接收選擇在信號(hào)幅值穩(wěn)定的位置，接收數(shù)量建議15-20個(gè)。過多的回波數(shù)量會(huì)導(dǎo)致功耗的增加。

固定延時(shí)窗和第一波檢測(cè)法各有特點(diǎn)，不論采用哪種方式，相差法不再需要脈沖對(duì)齊和STOP波的選擇，可直接讀取測(cè)量結(jié)果平均值。

空管檢測(cè)、斷線檢測(cè)功能可靈活的設(shè)定工作間隔。3、開啟智能化水表設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：4、考慮流速分布的影響

傳播速度差法從原理上看是測(cè)量超聲波傳播途徑上的平均流速，屬于先平均值。對(duì)于流速小的流層情況，管道內(nèi)的流速分布呈拋物面分布，需要采用雷諾參數(shù)修正等方式進(jìn)行修正，才能得到合理的測(cè)量結(jié)果。

對(duì)于流速較大的流層情況，流速分布因雷諾系數(shù)變化而異，隨著Re的增大，流速分布近似均勻分布，傳播速度差法測(cè)量結(jié)果需要采用流量修正系數(shù)修正。3、開啟智能化水表設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：5、管道和換能器的選型

好的水表設(shè)計(jì)一定離不開性能優(yōu)良的管段和換能器。管段的流量特性、批量誤差修正特性；換能器的延時(shí)穩(wěn)定性、回波質(zhì)量都是選型要素。

超聲波在管道中的傳播路徑和聲道數(shù)，對(duì)于流量測(cè)量精度影響較大。U型、W型、對(duì)射式、單聲道、多聲道等

采用多聲道法和聲速多反射法進(jìn)行流量測(cè)量的方式已成功的在各自廠家產(chǎn)品中得到了應(yīng)用。3.2更小的使動(dòng)流量3、開啟智能化水表設(shè)計(jì)

靜水中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：（供電3.0V，25℃,DN20）

共227組數(shù)據(jù)，Y軸單位：ps，標(biāo)準(zhǔn)差：73.48ps靜水中偏差數(shù)據(jù)多數(shù)集中在100ps以內(nèi)，使動(dòng)流量可達(dá)到2L/h。3.2流量計(jì)量精度更高

采用UTA6905芯片設(shè)計(jì)的水表，小流量段精度提高明顯。以DN20表為例，在25L/h的流量下，依然滿足國(guó)標(biāo)2基表精度要求。3、開啟智能化水表設(shè)計(jì)25L/h流量點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)：測(cè)試條件：DN20，3.0V供電，15-35℃3、開啟智能化水表設(shè)計(jì)3.3功耗更低通過配置合理的工作方式，有效減少SPI通訊時(shí)間在檢定模式下，SPI通訊時(shí)間減少30%。自動(dòng)實(shí)現(xiàn)順逆流測(cè)量，減少M(fèi)CU干預(yù)，增加MCU休眠時(shí)間。狀態(tài)有水狀態(tài)（uA）無(wú)水狀態(tài)（uA）表號(hào)不顯示顯示檢定不顯示顯示檢定1(6905)2161.6245.57.733.3422(6905)1959.1243.66.932.240.23(6905)20.261.323510.235.442.24(6905)20.859.2235.27.731.440.15(6905)19.158.42377.231.340.3參考樣表20693057.43047功耗測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比3、開啟智能化水表設(shè)計(jì)3、開啟智能化熱表設(shè)計(jì)3.4抗干擾設(shè)計(jì)第一波檢測(cè)延時(shí)屏蔽窗利用硬件濾波功能進(jìn)行的抗干擾設(shè)計(jì)測(cè)試環(huán)境：

群脈沖發(fā)生器ESD電壓2000V

耦合方式：流量線耦合或者溫度線耦合3、開啟智能化熱表設(shè)計(jì)3.4抗干擾設(shè)計(jì)通過EDS2000V測(cè)試相信業(yè)界可以在這基礎(chǔ)上做的更高。目錄數(shù)字相差流量測(cè)量芯片開啟智能化水表設(shè)計(jì)艾薩半導(dǎo)體Zigbee通訊產(chǎn)品1、2、3、4、4、Zigbee通訊產(chǎn)品除了ICCI公司的UTA6905芯片外，美科芯科技利用自身資源，推出Zigbee系列通訊產(chǎn)品。4、Zigbee通訊產(chǎn)品UC-Bee產(chǎn)品特點(diǎn)：ZigBee模塊

完全符合IEEE802.15.4要求設(shè)計(jì)，基于zigbee2007協(xié)議棧開發(fā)，工作頻段：2.4GHz，為用戶提供無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能。ZigBee模塊組網(wǎng)靈活、可控

具備無(wú)線自組網(wǎng)、自動(dòng)中繼路由功能

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透?jìng)?/p>

實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和廣播通訊

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)可在線查詢應(yīng)用領(lǐng)域：

廣泛的運(yùn)用于遠(yuǎn)傳抄表、智