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基于MSP430单片机的超声波气体流量计的研究
资料介绍
气体流量计是一种用来测量气体流量的仪表，与传统气体流量计相比，超声波气体流量计具有结构简单、非接触测量等优点；但也存在测量精度不高、超声波传感器驱动电路设计困难和噪声较大等弱点。本文针对上述弱点提出了一种新型超声波气体流量计的设计方法，采用该方法提高了超声波气体流量计的测量精度、消除了常见的噪声，并实现了系统的低功耗。
论文叙述了流量计的发展历史，简要介绍了目前各种常用的气体流量计，重点介绍了超声波气体流量计的工作原理和特点，并提出了新型超声波气体流量的整体设计方案。
订做了中心频率为120KHz、驱动脉冲的幅度为300V的超声波换能器，并采用了Z型的布置方式，基于时差法实现了流量测量。采用MSP430F149单片机发出幅度为+3.3V的初级脉冲，然后经过Max4426的电平驱动及功率场效应管的功率放大后，最后通过变压器实现了超声波传感器驱动电路的设计。
幅度为几十毫伏至几百毫伏的枣核型波超声波信号首先经过同相放大电路实现初步放大，为了实现提高信噪比并降低功耗采用了单电源运放放大电路，运放型号为Max4331，并采用了中点电压法实现负信号的放大。
为了滤除初级放大电路的噪声，设计了中心频率为120KHz的二阶带通滤波器。由于管径不同等原因导致超声波换能器输出信号的大小不同，设计了基于数字电位器的增益可调的反相放大电路，保证任何情况下信号输出的峰峰值为2.7V。
采用MAX998比较器设计了比较电路，经过比较电路后输出的方波用来进行时间测量。为了获得更高的时间分辨率，采用了专用时间芯片TDC-GP2，该芯片的时间分辨率可以达到50ps。
最后对气体流量计标定系统原理及设备做了简要说明，并对流量标定中的标定数据进行分析，实验结果表明研制的样机精度完全符合设计要求。
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