[实用新型]基于TDC7200与TDC1000的超声波燃气表测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃气测量装置领域，特别是基于TDC7200与TDC1000的超声波燃气表测量装置。

背景技术

传统的燃气表经过长时间的改进，技术较为成熟，但其结构复杂、体积大，超声波燃气表采用全电子式，无机械部分，不受机械磨损、故障影响，产品的可靠性和精度进步很多。体积小、重量轻、重复性好、使用寿命长、智能化。全电子式的结构，可以拓展其他功能，如无线抄表功能等。目前，超声波燃气表在我国才刚刚起步，各方面技术还不成熟，并且成本较高，因此并未大量推广使用。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前燃气流量测量的需要，提出了基于TDC7200与TDC1000的超声波燃气表测量装置，降低超声波燃气流量测量成本以及提高流量测量精度。

采用的技术方案是：

基于TDC7200与TDC1000的超声波燃气表测量装置，包括时间-数字转换器TDC7200和超声波感测模拟前端TDC1000。

时间-数字转换器TDC7200连接超声波感测模拟前端TDC1000，超声波感测模拟前端TDC1000还连接激励脉冲升压电路，激励脉冲升压电路连接第一模拟开关和第二模拟开关，第一模拟开关连接第一超声波换能器，第二模拟开关连接第二超声波换能器。

第一模拟开关和第二模拟开关还连接前置放大电路TSV992，前置放大电路TSV992连接超声波感测模拟前端TDC1000。微控制器MSP430F5438A连接时间-数字转换器TDC7200。

HT7533电源给微控制器MSP430F5438A、时间-数字转换器TDC7200、超声波感测模拟前端TDC1000和前置放大电路TSV992提供工作电压。

采用时间-数字转换器TDC7200与超声波感测模拟前端TDC1000实现超声波飞行时间的测量。利用两个模拟开关ISL43140实现超声波发送信号通道与接收信号通道的切换，避免了电路非对称性误差。

通过微控制器MSP430F5438A编程控制TDC7200产生启动测量信号，触发TDC1000开始工作。在发送信号链路中，本装置中的超声波激励信号由TDC1000产生，再经过由ISL97519、TPS2811和2N7002构成的激励脉冲升压电路提高超声波发射信号的功率，经过两个模拟开关后驱动一个超声波换能器发射超声波信号。在接收信号链路中，另一个超声波换能器接收到超声波信号后，经过对应的模拟开关进入由高速运放TSV992构成的前端放大电路部分，超声波接收信号经过前端放大之后再进入由TDC1000构成的放大和滤波部分，在TDC1000内部的阈值比较器产生有效的超声波接收信号，最后由时间-数字转换器TDC7200计算测量超声波飞行时间，通过时差法测量流量，并通过外部中断方式通知微控制器MSP430F5438A处理超声波飞行时间数据，并通过液晶显示流量等信息。MSP430F5438A微控制器与时间-数字转换器TDC7200采用SPI协议通信，其内容主要初始化TDC7200配置寄存器、启动测量和读取时间值。在定时中断程序中实现模拟开关的切换以及TDC7200启动测量的控制，当接收到超声波接收信号时，TDC7200会以外部中断的方式提醒微控制器MSP430F5438A及时处理外部数据，在外部中断程序中读取TDC7200寄存器中的测量时间值并保存。

MSP430F5438A为TI公司的MSP430超低功耗单片机与超声波流量测量电路构成一个燃气流量测量装置。超声波流量测量电路包括高精度时间-数字转换器TDC7200、集成超声波感测模拟前端TDC1000、激励脉冲升压电路、两个高速模拟开关ISL43140和高速运放TSV992。

计时采用时间-数字转换器TDC7200，分辨率为55ps，可测量START脉冲与多个STOP脉冲之间的时间间隔（TOF），灵活选择最佳的STOP脉冲，提高测量精度。

超声波感测模拟前端TDC1000实现超声波激励信号的产生、超声波接收信号的滤波放大及阈值比较、START与STOP事件的产生。

在该测量电路中，采用双高速MOSFET驱动器TPS2811和场效应管2N7002提高了超声波激励信号的电压及功率。测量电路中采用高速模拟开关ISL43140实现超声波激励链路与超声波接收链路的切换，从而实现超声波上行与下行的时间测量。测量电路中的前端放大电路TSV992，在显示方面，该装置采用液晶显示相关流量、累计量及其他必要信息。