近日，TI 與達(dá)爾聞聯(lián)合發(fā)起了 MSP430FR6043 超聲波燃?xì)庠u估模塊的測評分享活動，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嘗鮮機會，在此他們將第一手體驗分享給大家！

以下是余昊分享的基于 MSP430FR6043 評估模塊實現(xiàn)的肺活量測試項目，先來看下項目的展示：

這套評估板采用的是時差法超聲波氣體流速測量的方法，通過測量兩個超聲波傳感器去程和回程的時間差，計算出管道內(nèi)氣體的流速。

項目來源

看到這個裝置我就想到高中時期做的一道物理試題，不能說十分相似，只能說一模一樣。各位有興趣可以嘗試做一下這道題。

題選自第 27 屆全國中學(xué)生物理競賽預(yù)賽試卷

這種流速測量方法沒有活動的機械部件，可以很大程度上延長傳感器的壽命，并且靈敏度和精度都很高，被測氣體通過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)校的體測包含肺活量測試這個項目，在平時我們很難知道自己的肺活量水平，因此我打算用這個評估板來做一臺簡易的肺活量計。

硬件搭建

系統(tǒng)的硬件搭建很簡單，先把兩個超聲波傳感器焊接在評估板上。超聲波氣體流量傳感器對噪聲比較敏感，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，別問我是怎么知道的。在測量時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)和湍流對測量結(jié)果造成影響。

接下來我們只需要再準(zhǔn)備一個礦泉水瓶，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，這樣可以使通過傳感器的氣流更均勻，有利于提高測量精度。

軟件與上位機

接著我們可以在 TI 官網(wǎng)上下載套件的用戶指南、上位機和示例代碼。安裝好上位機，我們在上位機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，示波器的通道 1 連接在任意一個超聲波換能器上，通道 2 連接在這個排針上觀察接收的信號。可以看到，在信號發(fā)射后的一段時間內(nèi)，另一個傳感器接收到超聲信號。計算兩個信號的時間間隔，就可以測量出超聲波的飛行時間。

在上位機軟件中，我們可以使用 ADC Capture 功能觀察 ADC 采集的信號波形；

也可以觀察板卡到測量的飛行時間、飛行時間差、以及氣體的流速。

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

我在官方提供的實例代碼的基礎(chǔ)上進行修改，編寫了一個簡易的測量肺活量的函數(shù)，使用 start_flag 變量表示測試的三個過程：等待測量、正在測量和測量結(jié)束。

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

這樣一臺簡易的肺活量測試儀就完成了，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)套件測得的時間差轉(zhuǎn)換為肺活量的體積，有以下兩個方法可用。

其一：

其二：

使用體驗

簡單總結(jié)一下這套套件的一些優(yōu)點和注意事項。

優(yōu)點

靈敏度很高，非常微弱的氣流都能探測到。

沒有可活動的機械部件，使用壽命應(yīng)該會比機械式的長許多。

傳感器對被測氣體的壓力影響很小。

注意事項

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

通過傳感器的氣流應(yīng)盡可能保證均勻、盡可能減少湍流。

在設(shè)計算法時候需要考慮測量出錯或測量失敗的情況，舍棄或者修正測量不正確的結(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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來源：德州儀器

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審核編輯 黃宇