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                暴拆燃氣表,快速解鎖 MSP430? MCU 新玩法
                2022-05-09

                以下文章來源于達爾聞說 ,作者妮mo

                與我們生活息息相關的燃氣表,有人知道它的工作原理嗎?近日,TI 與達爾聞聯合發起了 MSP430FR6043 超聲波燃氣評估模塊的測評分享活動,探究 MSP430 在超聲波燃氣上的應用。


                燃氣表聽上去挺復雜的,其實這套 MSP430FR6043 超聲波燃氣評估模塊上手非常簡單。

                硬件:

                - MSP430FR6043 評估板

                - 嘉康超聲波換能器

                - 氣體管段

                - 風扇

                軟件:

                - Ultrasonic Sensing Design Center:電腦端的 GUI 工具,可以在線進行參數調試,讀取超聲波的波形信息

                - USS Software Library:基于 FR6043 的軟件參考代碼

                - IDE:Code Composer Studio v8.2.0 及更高,IAR Embedded Workbench 7.11.3 及更高

                - UniFlash:程序固件下載工具

                - 系統環境要求:Java JRE 1.7 及更高

                因無法完全模擬燃氣的效果,只能用手動調整氣流速度,體驗 MSP430FR6043 的性能了。

                11.jpg

                隨著風扇不同的風速變化,USS GUI 界面監測到的飛行時間差、絕對飛行時間與氣體流量迅速響應:

                22.jpg

                為什么說燃氣表是 MSP430 的新玩法呢?這還得從傳統的燃氣測量方法說起。

                在燃氣測量的市場里,膜式氣表占有絕對市場,工藝成熟,成本較低,計量無需供電。但其劣勢也是一目了然。從上面的拆解視頻可以看到,膜式氣表的測量依靠是兩個測量室的運動,帶動整個連桿機構進行計數,純機械結構。

                隨著長期使用,膜片必然會有磨損,會導致精度下滑。此外,膜式氣表尺寸大,安裝不方便,并且計算量程也有限。不難看出,膜式氣表會逐漸的被新技術所替代。而這個技術就是超聲波。

                超聲波技術是采用安裝于氣體管段上下游的一對超聲波傳感器,相對發射、接收超聲波,利用超聲波信號沿順流與逆流方向在氣體中的傳播時間差計算氣體的流速,進而計算氣體體積。

                使用超聲波技術設計的燃氣表是全電子式的結構,具有體積小、質量輕,重復性好,不易老化,使用壽命長等優點。由于無機械部分,不受機械磨損等故障影響,可靠性和精度高。

                超聲波感應系統還具有低阻抗輸出驅動器的物理接口 (PHY),可以實現最佳傳感器激勵和準確的阻抗匹配,從而在零流量漂移 (ZFD) 方面達到最佳效果。

                高度集成,外圍電路簡單:可在設計時節約大量時間。除了片內集成USS模塊之外,MSP430FR6043 MCU 還集成了其他外設,如計量測試接口 (MTIF) 模塊能夠通過脈沖生成來指示儀表測量的流量,以及片上 8 通道多路復用器 LCD 驅動器、實時時鐘 (RTC)、12 位 SAR ADC、模擬比較器、高級加密 (AES256) 和循環冗余校驗 (CRC) 模塊等等。

                低功耗:USS 與低功耗加速器 (LEA) 和 MSP CPU 集成在一起,可實現平均電流消耗小于 20μA(每秒測量一次)的自主低功耗運行。

                燃氣表使用頻繁,貫穿四季,溫差變化大,溫差對于氣體的測量也有一定的影響。為了檢驗超聲波技術應對溫度變換的反應,我們特意帶著 MSP430FR6043 超聲波燃氣評估模塊去了趟高低溫實驗室。

                在高低溫 6 個不同的溫度點工作時,飛行時間和氣體流量變化基本無變化,保持高精準的輸出,MSP430FR6043 表現非常優秀。


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