基于32位单片机的超声波物位计的研制
在石油、化工、制药等工业生产过程中，经常需要对罐体中液面到罐体顶部的距离进行准确测量。由于传统接触式物位测量的传感器要和被测介质有所接触，所以就必须考虑被测介质其自身的物理特性。例如：黏附、腐蚀、磨损等因素都会导致传感器的损坏。
基于超声波的物位测量属于非接触式物位测量，因此不需要考虑被测介质物理特性的影响因素。在使用方面：超声波具有强指向性、能量消耗缓慢、在介质中传播距离较远的特点，因而使用超声波检测物位可以做到迅速、方便、计算简单、易于实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。研制超声波测量方式为传感器的物位变送器在工业应用上具有重要的现实意义。
超声波物位计的总体设计
声波能作为测量工具是因为在产生声音和“听”到声音之间有一段时间延迟，这段时间延迟可以被转换为可用的信息。超声检测设备能够产生声波，能够测量返回信号的时间延迟。它利用换能器来产生声波和接收回波，然后通过处理器解读声波，并将它转换为信息。声波的振动和时间的关系被称为“频率”。频率用赫兹（Hz）度量。一个特定频率的纯生波表现为随时间正弦变化的声压。人耳最多能听到从20～20,000Hz的声音范围。在这个频率以上的声波范围称为超声波，超声波传输方式如图１所示。
图１：超声波传输方式示意
超声波物位计正是基于该原理的工业物位现场仪表。本设计的总体系统框图如图2所示。主控芯片通过PWM模式对激励电路发射一对40kHz差分脉冲，使超声波换能器获得能量对目标发射声波，并接收目标反射的声波，使得换能器产生“声－电”能量转换，该电信号通过滤波、运算放大、对数变换等处理进入A/D 模块中进行运算，从而获得目标物位的距离，通过液晶进行显示，并通过4～20mA或HART模块进行数据传输。
图２：超声波物位计总体系统
超低功耗EFM32为关键推手
本设计属于工业现场的一次仪表，因此采用二线制设计，对低功耗的要求显得尤为突出。在主控CPU方面特别选取SILICON LABS公司生产的超低功耗ARM Cortex-M3 EFM32TM 壁虎(Gecko)系列MCU，该款MCU可以做到工作模式电流180μA/MHz、睡眠模式电流45μA/MHz、深度睡眠模式电流低至900nA/MHz。外设方面，该款MCU能提供低功耗的外设，包括低能量的UART和I2C串行接口，A/D和D/A转换器和一个计数器和定时器主机。壁虎微控制器的独特之处在于它的周边反射系统，可与标准的32位ARM总线并行，且可以在CPU是关闭时，由外围设备自主运行和交流，进而延长睡眠时间并节省大量能源。EFM32G232F128的系统构架如图3所示。
图３： EFM32G232F128的系统构架
基于现场二线制仪表的功耗，本设计的A/D模块同样选取EFM32G232F128自带的12位分辨率模数转换器，通过DMA存储，间隔16μS。采样一次。设置2,800个存储单元按照顺序存储采样数据。对采样的数据组进行预处理和消除尖峰。
结论
本文通过一个搭载超低功耗MCU EFM32 超声波物位测量参考设计，给出了一种针对现场仪表的非接触式物位测量变送器，通过对超声波测距信号的处理，创新的加入了基线比较的处理方法，使软件处理的精度更高，能够更精确测量工业现场物位，并且在本设计的基础上可以叠加基于3～20mA的HART通信模块，现场总线ProfitbusPA、FF、EPA等通信方式，更进一步结合物联网的设计潮流。
看到这里您是否又有项目灵感需实现，点击下面开发软件帮你忙。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 1
本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！
相关推荐
【经验】从低功耗角度比较32位单片机EFM32和STM32
Silicon Labs 32位单片机EFM32是世界上功耗最低的单片机之一，比目前市场上所有通用MCU的功耗都要低，本文通过跟目前最流行的MCU之一由ST推出的STM32L系列低功耗MCU进行比较，来向读者展示EFM32系列32位MCU的低功耗性能。
设计经验 发布时间 : 2018-11-14
【经验】32位MCU EFM32ZG与5V系统连接的电平转换接口电路设计
Silicon Labs的EFM32ZG系列是超低功耗和低能耗的32位MCU，在与5V系统连接时，EFM32ZG的GPIO无法直接接到5V的GPIO上，长期工作有引起芯片损坏的风险。因此与5V系统连接时需要依靠外部的电平转换电路保证芯片的可靠工作。本文就将介绍其设计与注意事项。
设计经验 发布时间 : 2020-09-27
【经验】32位MCU EFM32TG11在EM4模式下保留GPIO状态的配置方法
Silicon Labs的32位MCU EFM32系列广泛应用于物联网、智能家居、无线抄表、智能照明、可穿戴设备等领域。其中EFM32TG11是Silicon Labs公司推出的基于最新ARM Cortex-M0+的超低功耗MCU，本文介绍EFM32TG11在EM4模式下保留GPIO状态的配置方法。
设计经验 发布时间 : 2020-06-26
EFM32 and EFR32 32-bit MCU Peripheral Examples
描述- This repo contains simple peripheral examples based on emlib for Series 0, Series 1, and Series 2 devices.
型号- EFM32G,EFR32MG13,EFR32MG14,EFR32MG12,EFM32GG11,EFM32,EFM32TG,EFM32TG11,EFM32ZG,EFR32FG1,EFR32FG22,EFR32BG22,EFM32GG,EFR32BG21,EFR32,EFR32MG1,EFR32MG22,EFR32BG1,EFR32MG21,EFM32WG,EFM32LG,EFM32PG12,EFR32FG13,EFR32FG12,EFM32HG,EFM32PG1,EFR32BG13,EFR32BG12,EFR32FG14
【应用】芯科科技提供内置16位ADC的低功耗32位MCU助力蓝牙耳机，主频高达80MHz
蓝牙耳机的系统设计需要选型一款MCU，要求尺寸小，效率高，待机功耗低。本文推荐SILICON LABS推出的低功耗32位MCU EFM32PG23B210F256IM48-C，主频高达80MHz，具有DSP指令和浮点单元，具有性能灵活的16位的数转换器。
应用方案 发布时间 : 2023-03-14
【应用】待机电流仅1.4uA！超低功耗MCU助力GPS定位器
EFM32JG/PG内含低功耗串口， 最小封装尺寸仅为5X5mm。
新应用 发布时间 : 2017-04-09
【技术】8位MCU与32位MCU的区别
对某类应用做产品定义和规划时，首要任务之一就是选择理想的处理器/控制器，但开发人员往往难以选择合适的MCU。本文是关于微控制器的技术文章，该文从基本差异、基准性能、应用适用性等角度详细地对8位和32位MCU进行了分析。
技术探讨 发布时间 : 2016-07-01
【产品】Silicon Labs新推超低功耗和高性能32位MCU PG23，面向嵌入式物联网应用
Silicon Labs（亦称“芯科科技”）宣布推出全新的32位MCU PG23，以扩展其FG23和ZG23无线SoC系列，该MCU可提供一流的安全性和极低运行功耗，以及能与其多元化无线SoC产品协同运行的兼容性软件。
新产品 发布时间 : 2022-05-25
【应用】基于低功耗32位MCU EFM32G2X的智能温控器节能解决方案
采用Silicon Labs的ARM Cortex-M3内核EFM32是全球最低功耗的32位MCU，外设丰富,5大超低模式，非常适用于智能温控器。无线WIFI模块采用WGM110，具有卓越的射频性能，并可提供远程范围的稳定无线连接和安全性。
方案 发布时间 : 2019-07-30
【应用】EFM32ZG系列32位MCU助力低功耗天然气管道气体检测仪设计，运行模式仅消耗114μA/MHz
天然气管道气体检测仪的系统架构主要是由主控MCU，无线通讯模块（NB模块+蓝牙模块）、气体检测传感器、RTC模块、温湿度传感器等，针对高性能和低功耗的主控MCU，推荐选用芯科科技EFM32ZG系列32位MCU，提供无与伦比的性能和超低功耗，适用于小体积、低功耗的天然气管道气体检测仪。
应用方案 发布时间 : 2022-04-08
超低功耗MCU EFR32MG12助力智能门锁实现实时监控，数据处理等功能
Silicon Labs EFR32MG12系列无线soc芯片，集成无线收发器、超低功耗、丰富的外设，降低智能门锁的设计难度，实现低功耗、低成本的智能门锁解决方案。
应用方案 发布时间 : 2018-05-23
【应用】功耗电流仅900nA的32位MCU在GPS定位器上的应用
相对于传统的8位、16位单片机实现的GPS追踪器，基于EFM32JG实现的本方案具有超低功耗、集成度高和扩展性良好的优势。
新应用 发布时间 : 2019-09-05
全球超低功耗MCU的关键：灵活的能源管理单元
Silicon Labs EFM32小壁虎系列MCU，作为当今全球功耗最低功耗的MCU，EFM32成为电池供电等对低功耗要求较高场合的不二之选！
技术探讨 发布时间 : 2019-07-19
使用32位MCU EFM32在调试窗口查看间接寻址寄存器（比如USB或者RTC寄存器）时，寄存器值似乎和写入这些寄存器的设置值不一致，为什么？
SimplicityStudio目前不支持以间接访问方式对这些寄存器的访问，如果需要调试这些寄存器，需要把这些寄存器读入到变量，然后在调式监察窗口查看这些变量的值。
技术问答 发布时间 : 2017-05-10
电子商城
现货市场
服务
可定制PCB最高层数：32层；板材类型：罗杰斯高频板/泰康尼高频板/ZYF中英天线板/F4B高频板/高频电路板/高频混压板/高频纯压板等；最大加工尺寸：609*889mm。
最小起订量： 1 提交需求>
可加工PCB层数：4~32层，加工板材：多层板/HDI板/FR4板/高频板/高速板/高温板/铜基板/铝基板/陶瓷基板/软硬结合板，成品尺寸：3~1100mm，板厚：0.15-80mm，最小孔径：0.1mm，铜厚：最高14oz。
最小起订量： 1 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论