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[参考译文] 选择合适的硬件组件堆栈

admin
Guru**** 2609895 points
Other Parts Discussed in Thread: TDC1000, MSP430F5529, TDC7200, MSP430F5528

请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/sensors-group/sensors/f/sensors-forum/663693/choosing-a-suitable-hardware-component-stack

主题中讨论的其他器件：TDC1000、 MSP430F5529、 TDC7200、 MSP430F5528

第一个帖子... 所以请多多包涵:)

[上下文]
我已经构建了一个 Android 应用、其重点是对通过实体物体(如乐器中常用的木材)进行的波传输进行声学(可闻)分析。
声波信号来自放大的压电响应到各种刺激、然后馈送到 Android 的 TRRS 输入、然后在此处执行分析。
压电式是简单的平盘、信号通过直接的线性前置放大器。
此环路中没有微控制器(当然、压降除外)。
该放大器由9V 电池供电、具有一个简单的切换开关以避免引流。

我希望将我的应用扩展到*超声波*传导、主要用于确定这些固定长度实心木物体的声速(而不是深度/长度)。

我自己对 TI 组件的总结可能会帮助我完成工作，还有一些问题...

[用于 Android 通信的微控制器]
由于 OTG 开包即用、因此 MSP430系列电路板可能最适合这种情况。
用于此的开发套件似乎得到了很好的文档记录和支持。
我应该只需要学习如何对 MSP 单元进行编程。

[传感器驱动器]
电路板的 TDC 范围似乎是正确的、但我不知道我应该选择哪种型号、主要考虑因素是什么
[A]能够满足放置在长度高达50cm 的固体上的换能器的必要电压/电流需求
[B]支持(甚至具有内置)微控制器(MSP430？)
[C]可编程性(它是否受 MSP 的直接控制？)

[传感器]
我想知道如何为这种类型的应用找到合适的换能器(成对)。 成本始终是一个考虑因素:)

[电源]
超声波组件应由电池供电(出于人们可能想象的所有原因)

希望你们中的一些人有时间进行思考并提供帮助。

谢谢
Julian

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    TI__Guru**** 2609895 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。
    尊敬的 Julian：

    要选择所需的器件和 EVM、请在此处查看 TDC 器件的常见问题解答 ：e2e.ti.com/.../3611.everything-you-need-to-know-for-ultrasonic-tof-liquid-coupled-collateral-tools-designs-faq

    根据您的应用、我建议使用 TDC1000-TDC7200EVM 进行评估、因为它将 TDC1000/TDC7200组合与 MSP430F5529配对。 TDC7200或 MSP430均可用于计时、因此您可以评估这两种方法来确定系统是否需要 TDC4000的精度。 此 EVM 附带 Steminc (www.steminc.com/.../piezo-ceramic-disc-1-mhz )的1MHz 传感器，我也推荐他们的其他选项。 对于声音穿过木材等声音速度如此快的物品、我建议至少1MHz、但可能是频率更高的传感器。

    如果您发现 TDC1000的直接输出不够高、无法抵抗材料中的衰减、您还可以考虑 TDC1000-GASEVM、它与 TDC1000-TDC7200EVM 非常相似、尽管它包含一个外部升压电路、可将输出增加到30V。 该电路板需要修改才能与频率为1MHz 或更高的传感器配合使用。

    请参阅此应用手册以帮助选择和安装传感器： www.ti.com/.../snaa266a.pdf。 它面向液位传感、但安装过程相同。

    另一个需要注意的问题是、木材中的声速取决于换能器的安装位置。 如果它安装在谷底(沿纤维触发)上、则声速与安装在边缘颗粒(沿纤维触发)上的声速大不相同。 在不均匀的木材中进行可靠的测量可能是一项挑战。 声音路径中的结可能会在变速器到达木块末端之前反射回变速器。

    此致、
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    TI__Guru**** 2609895 points
    请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Scott。 感谢您的详细答复。

    我认为 TDC1000-TDC7200EVM 可以满足我的需求、但选择合适的传感器时遇到问题。

    当励磁频率为1MHz、且测得的声速约为4500 m/s (对于大多数 Spruce Woods 而言、这大约是范围的中间值)时、我们最终得到的评估波长约为4.5mm。

    该数字的"问题"是、它与这些树的典型环形间距具有相同的数量级(1mm - 5mm 是一个很好的仪器候选项)。

    在这些实验条件下、激励波和振铃之间将存在相互作用、当然、我们希望避免这种情况。 因此、需要不同的激励频率。

    我认为、波长的1或2个数量级差确实是避免这种交互的必要条件。

    我在市场上看到了额定激活频率为60kHz 的商用超声波换能器。

    在这种情况下、波长大约为20倍(根据我在所附图像中所示的计算结果)、这样1个波形将包含大约15个环。

    您能否推荐一个备用的 Steminc (或其他)换能器对、该换能器对为" TDC 就绪"？

    以下是我比较1MHz 和60kHz 的计算结果：

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    TI__Guru**** 2609895 points
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    尊敬的 Julian：

    您希望测量的最小距离是多少？ 60kHz 传感器在 TDC1000上工作正常、但由于周期增加(与1MHz 相比)、传感器将在更长的时间内进行传输和振铃、这可能会在短距离内屏蔽传入的回波信号。 上面链接的常见问题解答中对此进行了说明。 此外、具有此频率范围的传感器可能需要额外的驱动电压、例如 TDC1000-GASEVM 中的驱动电压。

    Steminc 最接近的频率传感器是56khz (www.steminc.com/.../piezo-ceramic-disc-56-khz)。 我对该特定换能器没有直接的经验、因此我无法肯定它是否能满足您的需求。 我建议联系 Steminc 或其他知名换能器制造商、以获得他们在根据您的需求选择合适换能器方面的帮助。
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    TI__Guru**** 2609895 points
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    Scott，刚刚开始阅读常见问题解答...

    简而言之、
    最小 距离= 0.2m (200mm)
    最大 距离= 1.0 m (1000 mm)
    典型距离~0.4m (400mm)

    在大多数情况下、这些是仪器制造商购买的空白。

    我主要查看已(纵向)的裁切样本(新样本/旧样本等)。
    而且、我主要关注纵向(而非横向)测量。 就样本长度而言、任何横向测量都位于下端。

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    TI__Guru**** 2609895 points
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    尊敬的 Julian：

    在最小距离处、60kHz 换能器将很难工作、但也不可能工作。 由于励磁周期太高、励磁和完成振铃需要很长时间、因此如果振铃速度不够快、它可能会掩盖回波。

    纵向测量时(我假设是沿谷物方向)、您似乎不会对环间距和频率之间的相互作用有任何问题、因此您可以使用更高的频率。

    挑战在于、环间距和频率之间相互作用实际重要的横向测量也将位于长度频谱的较短端。

    我建议在横向测量上尝试稍高的频率。 即使频率的小幅增加也会大大有助于减少振铃时间。

    此致、
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    TI__Guru**** 2609895 points
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    您好、Scott。

    感谢您的最新建议。
    您对沿着谷物进行测量的评价是合理的。 谷物不应是纵向因素、因此1MHz 传感器应执行此操作。
    在使用常见问题解答中的信息确定最小和最大距离时 

    最大距离=介质中的声速(m/s)* 0.008秒/2

    然后4500 * 0.008 / 2 = 18m…… 所以没有问题(除非我们开始查看长日志！)。 很好。

    如您所确定(在较低频率下)、十字纹理最小长度测量是一个问题。
    我正在尝试通过根据常见问题解答计算最小时间和距离来验证这一点。
    对于最小距离计算、 

    最小距离=介质中的声速(m/s)*最小时间/2
和
最小时间(理论)=(TX 脉冲数(至少3))*(1/传感器频率)+回铃时间
和
最小消隐周期= 8 *(1/系统时钟频率)
在实践中、 最小时间受到 TDC1000的消隐时间的进一步限制。
最大系统时钟频率为16MHz、相当于500ns 的最短消隐时间。

    那么、这是否意味着实际最短时间=消隐周期(至少500ns)+最短时间(理论值)？
    这就是我对它的理解。

    在这种情况下、我唯一"未知"的是 ringdown_time。
    在哪里可以获得任何换能器的信息？

    再次感谢。
    Julian

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    TI__Guru**** 2609895 points
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    尊敬的 Julian：

    最短时间是两次操作中的较长时间。 消隐周期或理论最短时间。 我应该在常见问题解答中更新的另一件事是、最大时间/距离取决于输入时钟频率(较低频率=较长最大值)。 使用典型的8MHz 时钟时、最长时间接近2ms、这对于该应用来说仍然足够。

    振铃时间在换能器之外具有许多系统相关性。 找到它的最佳方法是简单地测量它。

    此致、
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    TI__Guru**** 2609895 points
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    谢谢 Scott。 现在是时候进行实验了:)

    因此，我只想扼要重述一下我需要启动和运行的组件....
    来自 TI：
    * 1个 TDC1000-GASEVM (包括两个1MHz 传感器... 您能确认吗？)；它采用 SM111压电材料
    问：此设备是否可以由电池供电？ (最终、我的解决方案需要在其自己的电源上运行)
    问：MSP430F5528是否具有 OTG 支持，我能否直接访问它？ (对我来说、其中一个关键驱动因素是 MSP OTG 支持)
    问：我可以使用 Eclipse/Linux 工具集(通过 USB)对此板进行编程和调试吗？

    来自 Steminc：
    *用于实验的附加换能器对- 56个(SM311材料)和85 kHz (SM411材料)模块(由 steminc 提供)

    最后，有关 TI EVM 的问题：如果堆栈对我有效，我需要做什么才能将其包含在我自己的产品中？

    非常感谢
    Julian
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    TI__Guru**** 2609895 points
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    尊敬的 Julian：

    据我所知、GASEVM 不包含任何换能器。 该电路板还需要修改才能与频率更高的传感器配合使用。 因为它设置了一个大约300-500kHz 范围内的带通滤波器。

    1.是的、这可以由电池供电。
    2.据我所知、MSP430F5528不支持 USB OTG。 我不知道 MSP430系列中是否有任何一个支持。 请在 MSP430 E2E 论坛中咨询以获取最佳信息。
    MSP430可通过 USB 进行调试。 我个人只为此使用了 CCS。 这可能是在 MSP430 E2E 论坛上提出的另一个问题。

    如果您的意思是在产品的生产和销售中整合 EVM、请查看 EVM 的许可条款 ：www.ti.com/.../sszz027n.pdf

    EVM 的原理图和布局可供参考、我建议您尽可能多地复制适用于您的应用的原理图、因为这是一个已知良好的系统。

    此致、