ZHCU625A January   2019  – July 2022

 

  1.   说明
  2.   资源
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1系统说明
    1. 1.1 关键系统规格
  7. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 流量测量
      2. 2.2.2 ToF 测量
        1. 2.2.2.1 基于 ADC 的采集过程
        2. 2.2.2.2 超声波传感流量计量库
      3. 2.2.3 低功耗设计
        1. 2.2.3.1 节能软件
        2. 2.2.3.2 优化的硬件设计
        3. 2.2.3.3 高效利用 FRAM
        4. 2.2.3.4 LEA 的优势
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 MSP430FR6043
      2. 2.3.2 OPA836 和 OPA838
      3. 2.3.3 TS5A9411
    4. 2.4 系统设计原理
      1. 2.4.1 ToF 信号处理
  8. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 所需的硬件和软件
      1. 3.1.1 硬件
        1. 3.1.1.1 EVM430-FR6043
      2. 3.1.2 软件
        1. 3.1.2.1 MSP 驱动程序库 (MSP Driverlib)
        2. 3.1.2.2 超声波传感流量计量库
        3. 3.1.2.3 应用
          1. 3.1.2.3.1 应用自定义
          2. 3.1.2.3.2 LCD 独立模式
        4. 3.1.2.4 USS 设计中心 (PC GUI)
      3. 3.1.3 传感器和仪表
        1. 3.1.3.1 传感器和仪表的频率表征
    2. 3.2 测试和结果
      1. 3.2.1 测试设置
        1. 3.2.1.1 连接硬件
        2. 3.2.1.2 构建和加载软件
          1. 3.2.1.2.1 使用 Code Composer Studio IDE
          2. 3.2.1.2.2 使用 IAR Embedded Workbench IDE
        3. 3.2.1.3 执行应用
        4. 3.2.1.4 使用 GUI 配置器件并观察结果
        5. 3.2.1.5 自定义和优化
      2. 3.2.2 测试结果
        1. 3.2.2.1 一次性标准偏差
        2. 3.2.2.2 零流量漂移
        3. 3.2.2.3 绝对飞行时间测量
        4. 3.2.2.4 传感器之间零流量漂移的变化
        5. 3.2.2.5 流量测量
        6. 3.2.2.6 平均电流消耗
        7. 3.2.2.7 内存占用量
  9. 4设计和文档支持
    1. 4.1 设计文件
      1. 4.1.1 原理图
      2. 4.1.2 物料清单
      3. 4.1.3 PCB 布局建议
        1. 4.1.3.1 布局图
      4. 4.1.4 Altium 工程
      5. 4.1.5 Gerber 文件
      6. 4.1.6 装配图
    2. 4.2 软件文件
    3. 4.3 相关文档
    4. 4.4 术语
    5. 4.5 商标
    6. 4.6 支持资源
  10. 5关于作者
  11. 6修订历史记录

3.2.1.5 自定义和优化

TIDM-02003 设计使用Topic Link Label3.1.3中所述的第三方仪表和其他专有仪表进行测试。不过，可以使用其他传感器和仪表设计轻松自定义和优化此系统。

我们鼓励开发人员使用 MSP430 超声波设计中心工具 GUI 来调整不同的配置参数，以在性能与功耗之间达到所需平衡。

例如，开发人员可以选择 8MHz 的信号采样频率 (SIG_SAMPLING_FREQ) 达到更高的分辨率，代价是电流消耗增加；不过，对于 200kHz 到 500kHz 范围内的传感器，无需选择此频率。在此情况下，开发人员可以选择 1MHz 或 2MHz 的采样频率，这能够降低功耗。

应根据仪表和传感器的特性调整以下 GUI 参数：

  • 传输频率 (kHz)：取决于传感器的激励频率。例如，选择 f1 = 200kHz 以为 200kHz 传感器生成 200kHz 的激励信号。
  • 脉冲启动和 ADC 捕获之间的间隙 (µs)：取决于仪表的尺寸，并应进行表征，以允许在不同的流速和温度变化下进行适当的信号捕获。
  • 脉冲数：影响峰值幅度，继而影响接收传感器接收的能量。这会影响 SNR 和仪表提供的一次性标准偏差；不过，此参数也与电流消耗成正比。开发人员必须调整此值，以生成适当信号幅度和标准偏差，同时满足电流消耗目标。
  • UPS 和 DNS 间隙 (µs)：开发人员必须选择一个适当的延迟，确保在下次激励开始之前有空闲通道。
  • UPS0 到 UPS1 间隙 (ms)：一次测量结束与下次测量开始之间的间隙，用于控制测量速率。1000ms 设置可达到约 1Hz 的测量速率。
  • 基于 GUI 的增益控制：在 MSP430FR6043 MCU 的 USS 模块中选择 PGA 的增益设置。
  • 仪表常数：此常数用于计算与 ToF 和给定仪表面积有函数关系的体积流速，如Equation4 所示。计算此常数的典型步骤是，提供恒定流速（例如 200lph 或 1gpm），并使用 GUI 调整仪表常数以提供相应的体积流速。
  • USSXT (kHz)：可在 4MHz 和 8MHz 之间进行选择，具体取决于 EVM430-FR6043 EVM 上 USSXT 的频率。EVM 通常随附 8MHz 谐振器，应与设置为 8MHz 的此参数一同使用。如果使用 EVM 上的其他 USSXT，用户必须适当地设置此值。
  • SIG_SAMPLING_FREQ (kHz)：可在 6800、7200、7600 或 8000kHz 之间进行选择，并且必须足够高以符合奈奎斯特判据，从而在内插期间减少误差。建议采样率为传感器频率的 3.4 倍以上。开发人员可以对它进行修改，以在分辨率与功耗之间取得平衡。
  • ADC 过采样率：可在 40 或 80 中进行选择。80 用于 ≤ 1MHz 的 ADC 采样频率，40 用于 2MHz 的 ADC 采样频率。MSP430FR6043 MCU 仅支持 [3.4MHz 到 4MHz] 或 [6.8MHz 到 8MHz] 之间的 ADC 采样频率。器件不支持 4MHz 到 6.8MHz 之间的采样频率。
  • ToF 差偏移 (ps)：在超声波流量计库内计算体积流速期间调整 ToF 差。开发人员可以选择根据库提供的 ToF 值对体积流速进行自定义计算。
  • 绝对 ToF 额外延迟 (ns)：为解决任何额外延迟而调整绝对 ToF。该值取决于信号形状和包络阈值（如下所述）。开发人员可以选择将该值设置为零，并在应用层中自行调整绝对 ToF。
  • 捕获持续时间 (µs)：取决于从传感器接收的信号形状。必须进行表征以允许在不同的流速和温度变化下进行适当的信号捕获。
  • 参数 2 (ULPBiasDelay)：选择在 USS 模块初始化后应用偏置的延迟。TI 建议将此参数设置为 3（表示 300µs），并且不应修改。
  • 启动 PPG 计数 (ns)：设置 FR6043 中 USS 模块的内部计时器启动与激励脉冲（PPG 脉冲触发器）启动之间的延迟。TI 建议将此参数设置为 10000 (10µs)。
  • 开启 PPG 计数 (ns)：设置 FR6043 中 USS 模块的内部计时器启动之间的延迟，并实现 Σ-Δ 高速 ADC。TI 建议将此参数设置为 5000 (5µs)。
  • 启动 PGA 和 IN 偏置计数 (ns)：设置 FR6043 中 USS 模块的内部计时器启动与偏置应用启动之间的延迟。TI 建议将此参数设置为 0 (0µs)。
  • USS XTAL 稳定计数 (µs)：为 USSXT 设置稳定时间。对于 EVM 上的谐振器 (USSXT)，TI 建议将此参数设置为 120µs。