超聲波流量計系統的探討  五

3 系統硬件設計

系統的硬件設計主要包括TMS320F28335 最小系統板及外圍電路設計。其中，外圍電路由超聲波發射電路、接收電路、切換電路、高速數據采集電路和人機交互接口電路等模塊組成。

3.1 TMS320F28335 最小系統板

核心板采用瑞泰生產的TMS320F28335 最小系統板，該板將F28335 芯片引腳全部引出，并配有標準JTAG 接口、電源管理、自啟動設定和復位等模塊。便于二次開發。設計中所應用的F28335 的片上外設主要有：ePWM，Xintf 和DMA 等。同時，通過GPIO 口對外部擴展的AD 轉換模塊及LCD 液晶進行邏輯控制。

3.2 超聲換能器選型

超聲波流量測量系統，既要求超聲波波束擴散角越小越好，同時又希望衰減越小越好。但通常這兩個要求是相互矛盾的。擴散角越小時，超聲波波長也越小，其頻率越高，同時，超聲波的頻率越高，其衰減就越嚴重。

綜合各種要求，本系統采用的換能器工作頻率是1MHz。圖3.1 即為本設計所使用的超聲換能器。這種超聲換能器收發一體，既可以作為發射換能器也可以作為接收換能器。不同于大部分超聲換能器的高壓驅動方式，該換能器是低壓驅動，只需要9V 的驅動電壓就可以發出超聲波，超聲波的入射角度是45°。

3.3 發射電路設計

超聲換能器的驅動電壓需要9V，然而F28335 的GPIO 口輸出脈沖電壓為3.3V，無法直接驅動超聲換能器。而且，超聲換能器屬于容性負載，所以設計中為提高驅動能力末端采用了推挽放大電路，將驅動電壓抬升至9V。驅動脈沖要求具有陡峭的上升沿和下降沿，否則會使接收的回波發生混疊。因此，在電路中使用了加速電容和低阻值的電阻，以加快驅動脈沖的邊沿變化。

超聲波流量計