專利名稱：超聲波熱量表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種熱量表，特別涉及一種超聲波熱量表。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在普遍使用的機械式熱量表的測量部件多采用葉輪結(jié)構(gòu)，對水質(zhì)的要求高，易造成葉輪軸承的磨損，外界環(huán)境變化對測量有較大的影響，故障率高，使用壽命短，因此傳統(tǒng)的方法對于過程計量本身就存在較大的難度，而且存在測量誤差大，修正因素多等問題，很難完成高精度的測量，而且許多熱量表功耗很大，無法滿足電池長期驅(qū)動的要求，限制了熱量表的應(yīng)用。此外，眾多熱量表對存儲的計量數(shù)據(jù)、表計參數(shù)等重要信息沒有分配獨立的備份存儲芯片，當(dāng)存儲芯片出現(xiàn)異常甚至損壞時，將造成重要數(shù)據(jù)丟失。不難看出，目前的熱量表存在著熱量計量結(jié)果的精度和準(zhǔn)確性不高，管段施工和安裝不夠方便和靈活、功耗比較大和使用壽命短等缺點。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種高精度、高準(zhǔn)確性和低功耗的超聲波熱量表。本實用新型提供的這種超聲波熱量表，包括單片機、LCD顯示模塊、電源模塊、超聲波收發(fā)模塊、溫度測量模塊、輸入輸出模塊、鍵盤輸入模塊、串口通訊模塊、計時模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，單片機控制計時模塊產(chǎn)生時鐘脈沖，計時模塊通過SPI端口與單片機通信，同時給超聲波收發(fā)模塊和溫度測量模塊提供時鐘脈沖信號，并接收超聲波收發(fā)模塊和溫度測量模塊的測量數(shù)據(jù)，同時將這些數(shù)據(jù)傳至單片機，數(shù)據(jù)存儲模塊用于將數(shù)據(jù)分類且分芯片存儲。所述數(shù)據(jù)存儲模塊包括重要數(shù)據(jù)存儲芯片、備份存儲芯片和校表數(shù)據(jù)存儲芯片，重要數(shù)據(jù)存儲芯片用于儲存熱量表參數(shù)、熱量存儲的重要歷史數(shù)據(jù)、表計事件狀態(tài)數(shù)據(jù)，備份存儲芯片用于備份熱量參數(shù)及熱量計量數(shù)據(jù)和掉電數(shù)據(jù)，校表數(shù)據(jù)存儲芯片用于存儲表計流量、溫度標(biāo)定參數(shù)和熱量計量修正數(shù)據(jù)。所述單片機采用美國TI公司的十六位超低功耗單片機芯片，其型號為MSP430F4793。所述計時模塊采用德國ACAM公司的專用數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片，其型號為TDC_GP21。本實用新型采用超聲波技術(shù)，根據(jù)時差法測量的基本原理，選用了專用數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片以及超低功耗16位單片機芯片，實現(xiàn)了高精度、高準(zhǔn)確性、低功耗的系統(tǒng)設(shè)計。此夕卜，根據(jù)數(shù)據(jù)類型對存儲單元進行分類管理，將存儲單元劃分為多個芯片，把不同重要級別的數(shù)據(jù)分別存儲在不同的芯片之中，同時為熱量表參數(shù)及熱計量等重要數(shù)據(jù)添加備份芯片，有效降低數(shù)據(jù)因存儲器損壞而丟失的幾率；增加重要數(shù)據(jù)備份的存儲芯片能有效提高數(shù)據(jù)保存的可靠性，從而具備自恢復(fù)功能。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖。[0008]圖2是本實用新型的計量模塊電路圖。圖3是本實用新型的數(shù)據(jù)存儲模塊電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。如圖1所示，本實用新型包括單片機、IXD顯示模塊、電源模塊、超聲波收發(fā)模塊、溫度測量模塊、輸入輸出模塊、鍵盤輸入模塊、串口通訊模塊、計時模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，單片機控制計時模塊產(chǎn)生時鐘脈沖，計時模塊通過SPI端口與單片機通信，同時給超聲波收發(fā)模塊和溫度測量模塊提供時鐘脈沖信號，并接收超聲波收發(fā)模塊和溫度測量模塊的測量數(shù)據(jù)，同時將這些數(shù)據(jù)傳至單片機，數(shù)據(jù)存儲模塊用于將數(shù)據(jù)分類且分芯片存儲。本實用新型的單片機采用美國TI公司的十六位超低功耗單片機芯片，其型號為MSP430F4793。其內(nèi)嵌硬件乘法器，可以實現(xiàn)復(fù)雜的濾波及補償算法，計算精度高，內(nèi)嵌的液晶控制器可以驅(qū)動160段液晶屏，可以滿足系統(tǒng)的低功耗設(shè)計要求。本實用新型計量核心部分為流量的測量和溫度的測量，流量的測量采用超聲波時差法方式應(yīng)用一對超聲波換能器相向交替(或同時)收發(fā)超聲波，通過觀測超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，再通過流速來計算流量的一種間接測量方法。溫度測量原理電容充放電法，即不同阻值的電阻對同一電容充電或放電到某一電壓值時所需時間不同的原理，來間接反映電阻阻值大小，再根據(jù)電阻值與溫度的對應(yīng)關(guān)系計算出溫度值。綜上所述，計量的關(guān)鍵技術(shù)為時間的測量，本實用新型計量芯片采用德國ACAM公司的專用數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片，其型號為TDC_GP21。計量芯片通過SPI端口與微控制器通信，通過采用利用現(xiàn)代化的純數(shù)字化CMOS技術(shù)，將時間間隔的測量量化到22ps的精度，保證計量的高精度和高準(zhǔn)確性。如圖2所示，本實用新型的計量模塊電路，包括超聲波收發(fā)模塊(用于流量測量)和溫度測量模塊。超聲波收發(fā)電路(即流量測量)的工作原理單片機控制時鐘轉(zhuǎn)換芯片的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖，激勵其中一個換能器產(chǎn)生超聲波信號，該換能器則作為發(fā)射換能器，另一個未被激勵的換能器則作為接收換能器，同時該脈沖信號產(chǎn)生一個START信號，數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13內(nèi)部的計時單元開始計時。計時開始，發(fā)射換能器產(chǎn)生的超聲波經(jīng)過管道中的液體傳播到對面，經(jīng)過一個時間間隔后，對面的接收換能器接收到超聲波信號，產(chǎn)生一個響應(yīng)電信號，即接收信號，然后數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13對其進行過零檢測以確定信號到達的時刻，同時產(chǎn)生一個較穩(wěn)定的STOP信號。STOP信號讓數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13的計時單元停止計時，至此計時完成。單片機從數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13的寄存器中讀取超聲信號在該方向聲程中的傳播時間，接著切換兩個換能器的收發(fā)功能，同樣的處理可得到另一方向聲程中的傳播時間，再由單片機進行數(shù)據(jù)處理，即可得到流量值。圖中，信號端FIREA和信號端FIREB分別接至具有發(fā)射和接收功能的兩個換能器，晶振U12為一個4M的陶瓷晶振，數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13的引腳CLK32IN由單片機提供了一個32. 768Khz的低頻信號，其中晶振U12作為數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13內(nèi)部的高速時鐘，由于該晶振本身誤差較大，且具有明顯的溫漂，故由單片機發(fā)送的32. 768Khz的低頻信號用來對該晶振進行校準(zhǔn)。圖中，引腳FIRE_UP和引腳FIRE_DOWN為數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13的輸出引腳。首先，由于數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13內(nèi)嵌脈沖發(fā)生器，單片機通過對其初始化以及對其內(nèi)部寄存器進行設(shè)置，同時對其發(fā)送啟動脈沖發(fā)送器命令Start_Cycle。數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13產(chǎn)生頻率為1MHz、脈沖個數(shù)為15個的脈沖序列。此脈沖信號由引腳FIRE_UP和引腳FIRE_DOWN輸出。數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13通過其內(nèi)部的檢測，確認(rèn)信號是否傳至分別與該芯片相連的兩個換能器。如果數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13確認(rèn)該脈沖信號已達到這兩個換能器，則產(chǎn)生穩(wěn)定的STOP信號，由引腳ST0P_UP和引腳ST0P_D0WN輸出，分別傳至兩個換能器，讓其停止檢測。之后，該數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13對其計時數(shù)據(jù)進行計算，完成計算后產(chǎn)生中斷，發(fā)至單片機。單片機接收該芯片U13的中斷信號INTGP2后，讀取該芯片U13的內(nèi)部寄存器，得到相應(yīng)的時間數(shù)據(jù)。圖中，引腳PT1_1和引腳PT1_2分別接至兩支溫度傳感器的正端，引腳PT_C0M接至此兩支溫度傳感器的負(fù)端。在進行溫度測量過程中，單片機向數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片U13發(fā)送命令Start_Temp，開啟溫度測量功能。該芯片U13自動完成電容放電時間測量。測量完畢后，由單片機讀取該測量時間值，再通過單片機內(nèi)部的溫度計算程序算出溫度值，從而完成溫度的測量。如圖3所示，本實用新型的數(shù)據(jù)存儲模塊包括3塊EEPROM類型的存儲芯片，它們分別是重要數(shù)據(jù)存儲芯片U18、備份存儲芯片U19和校表數(shù)據(jù)存儲芯片U3。重要數(shù)據(jù)存儲芯片U18用于儲存熱量表參數(shù)、熱量存儲的重要歷史數(shù)據(jù)和表計事件狀態(tài)數(shù)據(jù)；備份存儲芯片U19用于備份熱量參數(shù)及熱量計量數(shù)據(jù)和掉電數(shù)據(jù)；校表數(shù)據(jù)存儲芯片U3用于存儲表計流量、溫度標(biāo)定參數(shù)和熱量計量修正數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1.一種超聲波熱量表,包括單片機、LCD顯不模塊、電源模塊、超聲波收發(fā)模塊、溫度測量模塊、輸入輸出模塊、鍵盤輸入模塊、串口通訊模塊，其特征在于，還包括計時模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，單片機控制計時模塊產(chǎn)生時鐘脈沖，計時模塊通過SPI端口與單片機通信，同時給超聲波收發(fā)模塊和溫度測量模塊提供時鐘脈沖信號，并接收超聲波收發(fā)模塊和溫度測量模塊的測量數(shù)據(jù)，同時將這些數(shù)據(jù)傳至單片機，數(shù)據(jù)存儲模塊用于將數(shù)據(jù)分類且分芯片存儲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波熱量表，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲模塊包括重要數(shù)據(jù)存儲芯片(U18)、備份存儲芯片(U19)和校表數(shù)據(jù)存儲芯片(U3)，重要數(shù)據(jù)存儲芯片(U18)用于儲存熱量表參數(shù)、熱量存儲的重要歷史數(shù)據(jù)、表計事件狀態(tài)數(shù)據(jù)，備份存儲芯片(U19)用于備份熱量參數(shù)及熱量計量數(shù)據(jù)和掉電數(shù)據(jù)，校表數(shù)據(jù)存儲芯片(U3)用于存儲表計流量、溫度標(biāo)定參數(shù)和熱量計量修正數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波熱量表，其特征在于，所述單片機采用美國TI公司的十六位超低功耗單片機芯片，其型號為MSP430F4793。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波熱量表，其特征在于，所述計時模塊采用德國ACAM公司的專用數(shù)字時間轉(zhuǎn)換芯片，其型號為TDC_GP21。
專利摘要本實用新型公開了一種超聲波熱量表，包括單片機、LCD顯示模塊、電源模塊、超聲波收發(fā)模塊、溫度測量模塊、輸入輸出模塊、鍵盤輸入模塊、串口通訊模塊、計時模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊，單片機控制計時模塊產(chǎn)生時鐘脈沖，計時模塊通過SPI端口與單片機通信，同時給超聲波收發(fā)模塊和溫度測量模塊提供時鐘脈沖信號，并接收超聲波收發(fā)模塊和溫度測量模塊的測量數(shù)據(jù)，同時將這些數(shù)據(jù)傳至單片機，數(shù)據(jù)存儲模塊用于將數(shù)據(jù)分類且分芯片存儲。本實用新型將不同的數(shù)據(jù)存儲于不同芯片中，有效降低數(shù)據(jù)因存儲器損壞而丟失的幾率；有效提高數(shù)據(jù)保存的可靠性，具備自恢復(fù)功能；同時也實現(xiàn)了高精度、高準(zhǔn)確性、低功耗的系統(tǒng)設(shè)計。
文檔編號G01F1/66GK202916027SQ201220675099
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者張慧娟, 黃深喜, 馮喜軍, 蔣燦, 謝阿林, 蔣羅庚, 寧順剛, 歐陽麗莎, 邱云松 申請人:湖南威銘能源科技有限公司