一种超声波控制电路及超声波燃气表的制作方法

1.本实用新型属于超声波采样技术领域，具体涉及一种超声波控制电路及超声波燃气表。


背景技术：

2.超声波燃气表是通过超声波来检定燃气数据的一种燃气表，这种燃气表从生产到应用至少要经历空气标定和检测，然后在用户那里测量天然气或者其他可燃气体，比如煤气等。
3.但是空气和天然气等气体的密度相差较大，在空气中测试好的数据，可能在实气中并不适用。目前普遍采用的方法是预留延时时间，在波形上看，在空气中时，超声发射后到接收到波形要经历一段等待时间；在实气中时，这个等待时间很短，那是因为声波在实气中传播更快了。预留延时时间的缺点是不好考虑到各种情况，比如气体组分变化了，或者气体的温度和压力变化了，这些都会影响声速，从而造成燃气表在不同环境下的燃气采样精度受影响。为了适应所有情况，这种方法通常只能预留更短的延时时间，加长等待时间，这样设计一方面仍然不能适应所有情况变化，另一方面还会带来功耗的升高。
4.现有的超声波燃气表基本采用直接分析模拟信号的电路，这样十分不便于调整采样的窗口时间设定，也难以准确分析采集得到的波形数据，无法为采样调节的程序提供更好的电路硬件支持。
5.因此，缺少一种能够方便调节超声波采样设定的控制电路。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种超声波控制电路及超声波燃气表，可以准确得到采样波形的波峰波谷数据，从而识别波峰与采样窗口的对应关系，adc高速采样数字信号便于分析出采样数据是否符合采样要求，以此来快速反馈调节采样窗口，提高了采样分析的反馈和控制效率。
7.本实用新型实施例的第一方面提供了一种超声波控制电路，包括核心处理器、adc采样芯片和超声波收发模块，所述超声波收发模块包括超声波控制芯片、第一超声波传感器接口和第二超声波传感器接口，所述第一超声波传感器接口和第二超声波传感器接口分别用于插接第一超声波传感器和第二超声波传感器；
8.所述超声波控制芯片的第一组采样端组的第一接口串接第六电感后连接第一超声波传感器接口的第一引脚，所述第一组采样端组的第二接口串接第五电感后连接第一超声波传感器接口的第二引脚，所述第一超声波传感器接口的第一引脚与第二引脚之间串接有第四一电容，所述第四一电容两端还并联有第二三电阻；
9.所述超声波控制芯片的第二组采样端组的第一接口串接第八电感后连接第二超声波传感器接口的第一引脚，所述第二组采样端组的第二接口串接第七电感后连接第二超声波传感器接口的第二引脚，所述第二超声波传感器接口的第一引脚与第二引脚之间串接
有第四二电容，所述第四二电容两端还并联有第二四电阻。
10.通过上述设计，第一超声波传感器接口和第二超声波传感器接口分别接上第一超声波传感器和第二超声波传感器时，就能通过二个传感器来发送和接收超声波信号，超声波收发模块由mcu(核心处理器)控制驱动。
11.超声波传感器采样得到的超声波信号由超声波控制芯片转换成数字信号，再经运放放大后输入adc采样芯片，放大的信号更方便运算处理。
12.超声波收发模块用于发送和采集超声波信号，这里的超声波信号为模拟信号，经超声波收发模块的tdc传感器(时间转数字)将模拟信号转换成数字信号，输送到adc采样芯片，通过高速adc采样波形，得到波形的具体数字信息。超声波采样窗口的时间就是adc采样波形的时间，这样可以准确采样到波形的波峰和波谷，波峰的位置跟环境密切相关，甚至跟流量的大小也有关系，测量时根据测量采样窗口差异的时间来计算。
13.通过上述设计，可以准确得到采样波形的波峰波谷数据，从而识别波峰与采样窗口的对应关系，adc高速采样数字信号便于分析出采样数据是否符合采样要求，如波峰波谷是否完整，是否处于窗口居中位置，这是以往直接分析模拟信号难以快速得出的。以此来快速反馈调节采样窗口，提高了采样分析的反馈和控制效率。
14.更进一步的，所述超声波控制芯片的控制工作端组连接所述核心处理器的超声波控制端组，所述超声波控制芯片的模拟信号输出端依次串接第一五电阻、第四九电容后连接第一运算放大器的同相输入端，所述第一运算放大器的输出端串接第三零电阻后连接所述adc采样芯片的采样输入端，所述第一运算放大器的输出端还连接第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的同相输入端依次串接第二九电阻、第二八电阻后连接基准电压，所述第二九电阻和第二八电阻的公共端串接第四七电容后连接第一运算放大器的输出端。
15.更进一步的，所述adc采样芯片的数字信号输出端组连接所述核心处理器的超声波信号输入端组，所述adc采样芯片的使能控制端连接所述核心处理器的采样芯片控制端。
16.adc采样芯片同样由mcu控制工作，adc采样芯片解析采样数据中的波形、波峰和波谷，通过并行数据总线传输到mcu，由mcu根据上述方法调试成符合当前环境的采样窗口。
17.更进一步的，所述adc采样芯片的ad转换电源脚串接第三三电阻后连接第二运算放大器的输出端，所述ad转换电源脚还串接第三四电阻后连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的反相输入端和输出端之间串接有第五七电容，所述第二运算放大器的同相输入端串接第三一电阻后连接第二基准电压，所述第二运算放大器的同相输入端还串接第五八电容后接地。
18.更进一步的，所述第二基准电压串接第二五电阻后连接有第三运算放大器的同相输入端，所述第三运算放大器的反相输入端和输出端均连接所述基准电压，所述第三运算放大器的同相输入端还串接第四八电容后接地，所述第三运算放大器的同相输入端还依次串接第二七电阻和第二八电阻后接地；
19.所述第三运算放大器的电源连接3.3v电源。
20.更进一步的，超声波传感器的脉冲的发射频率为500khz，采样频率为4mhz。
21.此时，发射500khz的脉冲波，那么如果发射8个脉冲，就是16us的间隔，如果采用4mhz的采样率，则至少需要采集64个数据来反映波形。如果将采样窗口设定为5倍波形宽
度，则每个窗口采集320个数据，共80us的时间。
22.本实用新型实施例的第二方面提供了一种超声波燃气表，包括电路主板，所述电路主板上设置有如上述的超声波控制电路。
23.本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果至少在于：
24.本实用新型实施例可以准确得到采样波形的波峰波谷数据，从而识别波峰与采样窗口的对应关系，adc高速采样数字信号便于分析出采样数据是否符合采样要求，以此来快速反馈调节采样窗口，提高了采样分析的反馈和控制效率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
26.图1是本实用新型实施例提供的超声波燃气表中核心处理器部分的电路原理图；
27.图2是本实用新型实施例提供的超声波燃气表中adc采样芯片部分的电路原理图；
28.图3是本实用新型实施例提供的超声波燃气表中超声波收发模块部分的电路原理图。
具体实施方式
29.为了说明本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
30.本实用新型实施例采用了如下技术方案：
31.本实施例首先提供了一种超声波燃气表，包括电路主板，电路主板上设置有核心处理器(mcu)u6a、adc采样芯片u9和超声波收发模块，参见图1-3。
32.超声波收发模块包括超声波控制芯片u7、第一超声波传感器接口j4和第二超声波传感器接口j5，第一超声波传感器接口j4和第二超声波传感器接口j5上可以插接上游超声波传感器和下游超声波传感器；
33.超声波传感器脉冲的发射频率为500khz，采样频率为4mhz，单次发送8个脉冲，对应64个数据的脉冲采样数据为16us的间隔。
34.超声波控制芯片u7的第一组采样端组(tx upn和tx upp)的第一接口tx upp串接第六电感l6后连接第一超声波传感器接口j4的第一引脚，第一组采样端组的第二接口tx upn串接第五电感l5后连接第一超声波传感器接口j4的第二引脚，第一超声波传感器接口j4的第一引脚与第二引脚之间串接有第四一电容c41，第四一电容c41两端还并联有第二三电阻r23；
35.超声波控制芯片u7的第二组采样端组(tx dnn和tx dnp)的第一接口tx dnp串接第八电感l8后连接第二超声波传感器接口j5的第一引脚，第二组采样端组的第二接口tx dnn串接第七电感l7后连接第二超声波传感器接口j5的第二引脚，第二超声波传感器接口j5的第一引脚与第二引脚之间串接有第四二电容c42，第四二电容c42两端还并联有第二四电阻r24；
36.超声波控制芯片u7的控制工作端组连接核心处理器u6a的超声波控制端组，包括
图中对应连接以下信号的接线引脚：ce 35104、sck 35104、dout35104、din 35104、rst 35104和int 35104，超声波控制芯片u7的模拟信号输出端cip依次串接第一五电阻r15、第四九电容c49后连接第一运算放大器u8的同相输入端，第一运算放大器u8的输出端串接第三零电阻r30后连接adc采样芯片u9的采样输入端vin，第一运算放大器u8的输出端还连接第一运算放大器u8的反相输入端，第一运算放大器u8的同相输入端依次串接第二九电阻r29、第二八电阻r28后连接基准电压vref，第二九电阻r29和第二八电阻r28的公共端串接第四七电容c47后连接第一运算放大器u8的输出端。
37.adc采样芯片u9的数字信号输出端组连接核心处理器u6a的超声波信号输入端组，包括图中对应连接以下信号的接线引脚：adc d0至adc d7，，adc采样芯片u9的使能控制端adc oe连接核心处理器u6a的采样芯片控制端。
38.adc采样芯片u9的ad转换电源脚vrt串接第三三电阻r33后连接第二运算放大器u2b的输出端，ad转换电源脚vrt还串接第三四电阻r34后连接第二运算放大器u2b的反相输入端，第二运算放大器u2b的反相输入端和输出端之间串接有第五七电容c57，第二运算放大器u2b的同相输入端串接第三一电阻r31后连接第二基准电压vref 2v，第二运算放大器u2b的同相输入端还串接第五八电容c58后接地。
39.第二基准电压vref 2v串接第二五电阻r25后连接有第三运算放大器u2a的同相输入端，第三运算放大器u2a的反相输入端和输出端均连接基准电压vref，第三运算放大器u2a的同相输入端还串接第四八电容c48后接地，第三运算放大器u2a的同相输入端还依次串接第二七电阻r27和第二八电阻r28后接地；
40.第三运算放大器u2a的电源连接3.3v电源。
41.除此之外，电路中还设置有工作电源配套电路，参见对应附图中示例，工作电源供电的部分较为常规，在此不作赘述。
42.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。