基于单片机设计的便携式超声波水声声压计设计

　　跟随器起隔离水听器和减小后端电路影响的作用。放大器与分压通过可控增益放大来实现,也可通过开关来实现测量范围的转换。带通滤波为测量特定频率的超声波声压的必需。峰值检测为测量和计算声压的原始数据,频率为提供频率数据和进行声压计算的频率校正。

　　带通滤波电路

　　考虑系统对频率范围的不平度有较高的要求,采用巴特沃斯滤波器进行设计。带通由高通和低通级联实现。

　　考虑具体的要求截至频率定为10kHz。取高通的阶数为5,低通的阶数为6。图2是高通滤波电路。

　　峰值检波电路

　　图3是用集成放大器来实现峰值检波的电路。

　　过零检测电路

　　过零检测电路在输出需考虑与MSP430的接口问题,因而增加了接口转换电路(图4)。

　　 图3 峰值检波电路

　　图4 过零检测电路

　　系统接口

　　本系统用TI公司MSP430微控制器的P6端口的12位A/D转换进行峰值测量,利用P1口的定时捕获/比较进行频率测量。在MSP430硬件的设计上提供晶振、复位、时钟电路以及JTAG,完成整体设计。根据硬件,设计相关的软件进行声压测量。

　　结语

　　本声压计的设计采用了功耗极低的MSP430微控制器,用简单和便宜的集成运放和比较器实现较为复杂的超声波的信号调理电路设计,满足了设计的要求。