基于MSP430单片机的超声波气体流量计的研究

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1、分类号：TH814密级：1UDC：编号：201321203003河北工业大学硕士学位论文基于MSP430单片机的超声波气体流量计的研究论文作者：黄迎慧学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：仪器科学与技术指导教师：万峰职称：副教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentScienceandTechnologyTHERESEARCHOFULTRASONICGASFLOWMETERBASEDONMSP430byHuangYinghuiSup

2、ervisor:AssociateProfessorWanFengMay2016原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化

3、或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要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

4、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

5、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

6、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。关键字：超声波气体流量计时差法MSP430TDC-GP2IABSRTACTComparedwithtraditionalgasflowmeter,ultrasonicgasflowmeterhastheadvantagessuchasnon-contactmeasurementandsimplestructure.Butitalsohassomeweaknesssuchaslowaccuracy,diffculttodesignthedirvingcircuitfortheultrason

7、icsensorandlowsignal-noiseratio.Inthispaper,anewmethodtodesignegasflowmeterispoposed.Thenewsgasflowmeterdevelopedbasedonthismethodcanovercometheshortcomingsandhastheadvantagesofhighaccuracy,ultra-lowpowerconsumptionandhighsignal-noiseratio.Thispaperdescribesthehistoryofthedevelop

8、mentofflowmeter,brieflyintroducestheavar