近日，TI 與達(dá)爾聞聯(lián)合發(fā)起了 MSP430FR6043 超聲波燃?xì)庠u(píng)估模塊的測(cè)評(píng)分享活動(dòng)，探究 MSP430 在超聲波燃?xì)馍系膽?yīng)用。其中，有三位小伙伴獲得免費(fèi)嘗鮮機(jī)會(huì)，在此他們將第一手體驗(yàn)分享給大家！

以下是余昊分享的基于 MSP430FR6043 評(píng)估模塊實(shí)現(xiàn)的肺活量測(cè)試項(xiàng)目，先來(lái)看下項(xiàng)目的展示：

這套評(píng)估板采用的是時(shí)差法超聲波氣體流速測(cè)量的方法，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)超聲波傳感器去程和回程的時(shí)間差，計(jì)算出管道內(nèi)氣體的流速。

項(xiàng)目來(lái)源

看到這個(gè)裝置我就想到高中時(shí)期做的一道物理試題，不能說(shuō)十分相似，只能說(shuō)一模一樣。各位有興趣可以嘗試做一下這道題。

題選自第 27 屆全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽試卷

這種流速測(cè)量方法沒有活動(dòng)的機(jī)械部件，可以很大程度上延長(zhǎng)傳感器的壽命，并且靈敏度和精度都很高，被測(cè)氣體通過(guò)傳感器的壓力損失也很小，很適合用在天然氣輸送等領(lǐng)域。

我們知道學(xué)校的體測(cè)包含肺活量測(cè)試這個(gè)項(xiàng)目，在平時(shí)我們很難知道自己的肺活量水平，因此我打算用這個(gè)評(píng)估板來(lái)做一臺(tái)簡(jiǎn)易的肺活量計(jì)。

硬件搭建

系統(tǒng)的硬件搭建很簡(jiǎn)單，先把兩個(gè)超聲波傳感器焊接在評(píng)估板上。超聲波氣體流量傳感器對(duì)噪聲比較敏感，不能使用杜邦線等非屏蔽線材連接開發(fā)板和超聲波換能器，最好將換能器直接焊接在板卡上，別問(wèn)我是怎么知道的。在測(cè)量時(shí)我們也需要盡可能保證傳感器管道內(nèi)的氣流盡可能均勻，避免多徑效應(yīng)和湍流對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響。

接下來(lái)我們只需要再準(zhǔn)備一個(gè)礦泉水瓶，一塊海綿和一把熱熔膠槍，我們先用熱熔膠槍把剪下來(lái)的瓶口粘在傳感器的一端，再向瓶口的位置放一些海綿或者棉花，這樣可以使通過(guò)傳感器的氣流更均勻，有利于提高測(cè)量精度。

軟件與上位機(jī)

接著我們可以在 TI 官網(wǎng)上下載套件的用戶指南、上位機(jī)和示例代碼。安裝好上位機(jī)，我們?cè)谏衔粰C(jī)程序中可以配置傳感器的一些參數(shù)。

可以用示波器觀察傳感器的收發(fā)信號(hào)，示波器的通道 1 連接在任意一個(gè)超聲波換能器上，通道 2 連接在這個(gè)排針上觀察接收的信號(hào)?？梢钥吹?，在信號(hào)發(fā)射后的一段時(shí)間內(nèi)，另一個(gè)傳感器接收到超聲信號(hào)。計(jì)算兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間間隔，就可以測(cè)量出超聲波的飛行時(shí)間。

在上位機(jī)軟件中，我們可以使用 ADC Capture 功能觀察 ADC 采集的信號(hào)波形；

也可以觀察板卡到測(cè)量的飛行時(shí)間、飛行時(shí)間差、以及氣體的流速。

向傳感器輕輕呼一口氣，可以看到上位機(jī)上的波形發(fā)生了相應(yīng)的變化，這就說(shuō)明傳感器調(diào)試成功了，可以進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量。

我在官方提供的實(shí)例代碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，編寫了一個(gè)簡(jiǎn)易的測(cè)量肺活量的函數(shù)，使用 start_flag 變量表示測(cè)試的三個(gè)過(guò)程：等待測(cè)量、正在測(cè)量和測(cè)量結(jié)束。

測(cè)量結(jié)束后按下任意一個(gè)按鍵就可以將測(cè)量結(jié)果清零并等待下一次開始測(cè)量。

這樣一臺(tái)簡(jiǎn)易的肺活量測(cè)試儀就完成了，關(guān)于作品的演示可以觀看演示視頻。

轉(zhuǎn)換原理

將開發(fā)套件測(cè)得的時(shí)間差轉(zhuǎn)換為肺活量的體積，有以下兩個(gè)方法可用。

其一：

其二：

使用體驗(yàn)

簡(jiǎn)單總結(jié)一下這套套件的一些優(yōu)點(diǎn)和注意事項(xiàng)。

優(yōu)點(diǎn)

靈敏度很高，非常微弱的氣流都能探測(cè)到。

沒有可活動(dòng)的機(jī)械部件，使用壽命應(yīng)該會(huì)比機(jī)械式的長(zhǎng)許多。

傳感器對(duì)被測(cè)氣體的壓力影響很小。

注意事項(xiàng)

傳感器容易受噪聲影響，導(dǎo)致測(cè)量失敗或結(jié)果出錯(cuò)，應(yīng)做好傳感器引線的信號(hào)屏蔽。

通過(guò)傳感器的氣流應(yīng)盡可能保證均勻、盡可能減少湍流。

在設(shè)計(jì)算法時(shí)候需要考慮測(cè)量出錯(cuò)或測(cè)量失敗的情況，舍棄或者修正測(cè)量不正確的結(jié)果。

可以適當(dāng)提升超聲波的發(fā)射功率，提高信噪比。

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來(lái)源：德州儀器

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審核編輯 黃宇