Mikrocontroller (MCU)

MSP430™ Ultraschall- & Rotations-Durchflusssensorik-MCUs

SoCs mit extrem niedrigem Stromverbrauch für Wasser-, Gas- und Wärmezähler

MSP430™ System-on-Chip-Ultraschall- und Leistungssensorik-MCUs sind für hochpräzise Wasser-, Wärme- und Gasdurchflussmessanwendungen konzipiert. Die MCUs verfügen über integrierte Peripheriebausteine, einschließlich eines analogen Ultraschallsensor-Frontends, einer erweiterten Scan-Schnittstelle und DSP-Funktionen. Alle MCUs verfügen über eine Echtzeituhr, einen LCD-Treiber, einen 12-Bit-SAR-ADC und einen Komparator.

Ultraschallsensorik-SoCs

  • Hochpräzise Ultraschall-Durchflussmessung
  • Ultraschall-MCUs mit integriertem AFE
  • Integriertes 8 MSPS-Sigma-Delta-ADC
  • MTIF (Metering Test Interface)

Rotationsflusssensorik-SoCs

  • Peripheriebaustein mit extrem niedrigem Stromverbrauch und erweiterter Scan-Schnittstelle
  • Unterstützt bis zu 3 LC-Rotationsdetektionssensoren
  • Unterstützt TMR, GMR, Halleffekt und optische Sensoren

Signalverarbeitungs-MCUs

  • Integrierte energieeffiziente Math-Engine (LEA)
  • 40x mehr Leistung als Arm® Cortex® M0+ MCUs
  • Effiziente FIR- und FFT-Filterimplementierungen

Warum Ultraschallsensorik für Durchflussmesser?

Die Ultraschallsensorik ermittelt anhand der Laufzeit (Time of Flight, TOF) von Ultraschallwellen in einem Flüssigkeits- oder Gasmedium und ihrer Abhängigkeit von der Durchflussrate des jeweiligen Mediums die Durchflussmenge. Bei dieser Methode wird die Differenz der Ausbreitungszeit der in und gegen die Durchflussrichtung gerichtete Ultraschallwellen herangezogen. Diese Technologie liefert stabile und präzise Ergebnisse bei der Messung von Volumenströmen über einen weiten Dynamikbereich. 

Ultraschallsensorik für Durchflussmesser

Funktionen des Ultraschall-Durchflussmessgeräts

Ultraschallsensorik ermöglicht: 

  • Hohe Genauigkeit <±1 % bei Durchflussmessung
  • Keine beweglichen Teile oder Verschleiß für eine längere Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit bei weniger Wartung.
  • Resistent gegen Vibrationen, Infrarotstrahlung und EMI

Funktioniert gut mit Flüssigkeiten, einschließlich: 

  • Wasser
  • Öl
  • Farbe

Funktioniert gut für Gase, einschließlich: 

  • Luft
  • Kohlenstoffdioxid
  • Sauerstoff
  • Methan

Der auf Wellenformerfassung basierende Ansatz von TI für die Ultraschallsensorik

MSP430 Ultraschallsensorik-SoCs ermöglichen eine einzigartige Wellenformerfassung, bei der die gesamte Reaktion des Wandlers im Zeitbereich sowohl in als auch gegen die Durchflussrichtung erfasst wird. Die Nachbearbeitung dieser Wellenformen bestimmt die differenzielle Laufzeitmessung (TOF). 

Blockschaltbild eines Ultraschall-Wasserzählers

Vorteile des Wellenformansatzes

  • Stabilität gegenüber Signalamplitudenschwankungen (Schwankungen zwischen Messwandlern, unterschiedliche Materialzusammensetzungen, hohe Durchflussraten, Rauschen, Temperaturschwankungen usw.)
  • Lecksuche kombiniert mit sehr hohen Genauigkeiten bei niedrigen Durchflussraten
  • Rauschunterdrückung zur Erzielung höherer Genauigkeit und reduzierter Schwankungen
  • 3-V-Treibermöglichkeiten für Aufnehmer mit Standard-MCU-Spannungsniveaus
  • Möglichkeit zur Erweiterung auf die Material- und Zusammensetzungsanalyse
  • Zusätzliche Funktionen für die Zählerdiagnose im Zeitablauf, um:
    • Langsame Schwankungen der Hüllkurve aufgrund der Alterung des Messwandlers zu erkennen, Resonanzfrequenzschwankungen zwischen Messwandlern anzupassen
    • Eine regelmäßige Kalibrierung über die gesamte Lebensdauer eines Produkts zu eliminieren

Ultraschallsensorik-Lösung, analoges Frontend (AFE)

Beim Ultraschallsensor-Subsystem-Peripheriebaustein handelt es sich um ein integriertes analoges Frontend, das eine Vielzahl von Messwandlern direkt anregen kann und über einen integrierten PHY zur Impedanzanpassung verfügt. Es verfügt außerdem über einen integrierten programmierbaren Verstärker (PGA) und einen schnellen 8MSPS-Sigma-Delta-ADC im Empfangsbereich, der Wellenformerfassung in Echtzeit ermöglicht. 

Analoges Ultraschall-Frontend-Diagramm

Funktionen des Ultraschallsensorik-AFE

  • Direkte Schnittstelle zu einer Vielzahl von Messwandlern
  • Programmierbare Impulsanregung für eine Vielzahl von Messwandlern
  • PHY für die Anpassung der Messwandlerimpedanz
  • Programmierbarer Verstärker (PGA) zur Signalverstärkung bis 35 dB
  • Echtzeit-Wellenformerfassung mit integriertem Hochgeschwindigkeits-Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler (ADC) mit 8 MSPS

Steigen Sie mit unseren neuesten Ultraschallsensorik-SoCs ein

Integrierter SoC für Ultraschallsensorik und -messung

Einzigartige A/D-Wandler-basierte Hochgeschwindigkeits-Sensortechnik 

  • Hochgenaue, hochpräzise Messungen 

  • Energieeffiziente  (~ 3 µA) für 1 meas/sec für den Wasserdurchfluss

  • Erkennung von niedrigen Durchflussraten (<1 L/h) 

Ultraschall-Designcenter

Alles aus einer Hand für die Entwicklung von Ultraschallsensoren

  • Echtzeit-Wellenformerfassung und Darstellung von Schlüsselparametern für zusätzliche intelligente Funktionen

  • Softwarebibliothek

  • GUI für einfache Entwicklung 

Evaluierungsmodul für Ultraschall-Gasmessung

Einfache Schnittstelle für Ultraschallwandler

  • BoosterPack™-Konnektoren für größere Funktionalität: RF, Batteriemanagement, Temperaturmessung usw.

  • Stromverbrauchsanalyse und LCD-Anzeigemöglichkeiten 

  • Programmierung und Debugging auf der Platine

Signalverarbeitungs-MCUs

Der energieeffiziente Beschleunigermodul (LEA) ist eine 32-Bit-Hardware-Engine, die für Funktionen mit vektorbasierter Signalverarbeitung wie FIR, IIR und FFT entwickelt wurde. Diese Operationen sind ohne Eingreifen der CPU durchgeführt und einen Alarm auslösen, wenn der Vorgang abgeschlossen ist. Das LEA-Modul unterstützt mehrere Befehle, die von der CPU ausgegeben werden, und führt Vektor-Mathematikoperationen bis zu 40-mal schneller durch als Arm Cortex-M0+ MCUs mit der CMSIS DSP-Bibliothek und minimalem Energieverbrauch.

Energieeffizienter Beschleuniger - Diagramm

Vorteile von Signalverarbeitungs-MCUs

  • 32-Bit-Hardwaremodul
  • Kein CPU-Eingriff – löst einen Interrupt aus, wenn der Betrieb abgeschlossen ist
  • Führt mathematische Operationen bis zu 40x schneller durch als Arm Cortex-M0+ MCUs
  • Geringe DSP-Kenntnisse erforderlich, mit kostenlos optimierter DSP-Bibliothek
  • Vektorbasierte Signalverarbeitung: FIR, IIR, FFT
  • Unterstützt 16-Bit- und 32-Bit-Festkommaoperationen sowohl in der realen als auch in der komplexen Domäne

Rotationsflusssensorik-SoCs

Bei Wasser-, Gas- und Wärmezählern, die konventionelle mechanische Technologien verwenden, wird der Durchfluss durch ein Drehrad bestimmt, das sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die proportional zum Durchfluss ist. Extended Scan Interface (ESI) ist ein analoges Frontend (AFE), das in die MCU-Familie MSP430FR6989 integriert ist, um lineare oder rotierende Bewegungen von Sensoren mit möglichst geringem Stromverbrauch automatisch zu messen. 

erweitertes Scan-Schnittstellendiagramm

Vorteile der rotierenden Durchflusssensoren-SoCs

  • Stabile Zustandsmaschine ermöglicht Laufzeitkalibrierung und Sensorerkennung, etc.
  • Direkte Schnittstelle zu verschiedenen Sensoren, darunter Induktivitäten (LC), Halleffekt-, magnetoresistive (GMR und TMR) und optische Wandler. 
  • Präzise Messung von Linear- oder Kreisbewegungen über einen weiten dynamischen Volumenstrombereich
  • Arbeitet mit Sensoren ohne CPU-Eingriff, um Messungen mit minimalem Stromverbrauch zu ermöglichen

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