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COMPONENTS
ToF
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- ELETTRONICA OGGI 443 - MARZO 2015
infatti fino a 20 anni di durata della batteria), un design com-
patto e un basso costo. Questo Refence Design – di elevate
prestazioni – rappresenta una base di partenza per realizza-
re strumenti per la misura di flusso personalizzati esigenze
di tipo particolare.
Per ottenere la misura della velocità del fluido viene utiliz-
zato un processore in grado di effettuare calcoli piuttosto
sofisticati, ricorrendo a tecniche di digital signal proces-
sing. Il chip in grado di evidenziare tali prestazioni
è il
TOF
Converter MAX35101, che integra tutte le funzioni richieste
per effettuare le necessarie misure automatiche, compresa
la generazione ed il rilevamento degli impulsi ultrasonori, il
calcolo del “tempo di volo” dell’impulso, la misura della tem-
peratura ed il timing in real-time. MAX35101 può operare in
varie modalità configurabili (ad esempio modificare la fre-
quenza degli impulsi a seconda delle condizioni di flusso),
con una minima interattività con il microcontroller.
Il sistema di misura
In figura 3 è visibile lo schema a blocchi del flussimetro
MAXREFDES70#. Il cuore del sistema è costituito dal Time
to Digital Converter MAX35101, che integra un front-end
analogico, amplificatore di segnale e un comparatore. Gra-
zie alla possibilità di effettuare una misura
differenziale TOF automatica, questo con-
verter semplifica notevolmente le misure
di flusso; inoltre, per garantire la massima
precisione ed eliminare possibili errori,
il converter deve provvedere a effettuare
una veloce ed efficiente “edge detection”
in relazione a ogni tipo di pattern d’onda.
MAX35101 dispone di una modalità di “event timing” di tipo
configurabile e utilizza algoritmi ciclici che permettono di
minimizzare l’interattività con il microprocessore e quindi
di risparmiare l’assorbimento di corrente e aumentare la
durata della batteria. Il timer RTC integrato permette di ef-
fettuare una tempo-
rizzazione di moni-
toraggio giornaliera,
e la disponibilità di
un semplice codice
operativo basato su
bus SPI a 4 fili per-
mette l’interfaccia-
mento con un’ampia
varietà di micro-
controller, al fine di
configurare lo stru-
mento in base alle
particolari esigenze
applicative. Il siste-
ma è equipaggiato
con memoria non-volatile di tipo flash per lo storage dei dati
di consumo energetico. Il microcontroller di sistema è una
CPU ARM Cortex-M0+ a 32-bit, con clock da 14 MHz e flash
interna da 32 KB. Esso comunica con MAX35101 e il modu-
lo LCD tramite interfaccia SPI e alcuni pin GPIO. Sul display
LCD possono venir visualizzati, a ogni pressione del tasto
SW2, dati quali il tempo trascorso, la temperatura del liquido,
la differenza dei tempi TOF, il flusso istantaneo, il volume di
liquido fluito nonché l’energia termica totale.
Nello schema a blocchi di figura 3 è altresì presente uno
switch analogico di tipo SPST a bassa Ron, MAX4721: esso
serve a isolare l’interfaccia SPI del display quando l’LCD è
spento. Questo accorgimento permette di ridurre la corrente
di perdita dell’LCD a soli 5 nA, a tutto vantaggio della durata
della batteria.
In figura 4
è riportato l
’errore di misura tipico del
MAXREFDES70# che, come si vede, risulta significativamen-
te inferiore a quello caratteristico dei tradizionali sistemi
meccanici di misura del flusso. Come si può vedere, l’erro-
re introdotto per flussi superiori ai 100 litri/ora è solo dello
0,5%, mentre non supera l’1% per flussi inferiori.
Q
Fig.4–ErrorecaratteristicointrodottodalReference
Design di Maxim nella misura del flusso
Fig. 2 – L’hardware di misura si compone di un tratto di tubo contenente due specchi riflettenti
per le onde ultrasonore e due trasduttori piezoelettrici per la generazione e il rilevamento
degli impulsi sonori
Fig. 3 – Schema a blocchi interno del sistema di misura di flusso
MAXREFDES70#