基于TDC-GP22芯片的智能热表的设计

摘要

随着国家大力推行节能减排政策和倡导供热计费体制改革，市场上出现了各式各样的热量表。其中，超声波热量表正以其独特的优点成为热量表市场上的主流产品。我国有关超声波热量表的研制要晚于国外几十年，很多的技术尚待改进提高。
　　结合国内的实际情况，本文设计的超声波热量表，是在正确分析和选用超声波换能器和温度传感器的基础上，基于时差法测量原理，通过测量超声波在逆流与顺流中传播的时间差来计算水流的流速，进而间接的计算出水流的流量对于进出口水温度的测量，是基于电容对电阻的放电时间之比等于电阻之比的原理。对于超声波热量表热量的计算，先采用origin软件对PT1000分度表、热量表行业标准CJ128-2007文件中的水密度和焓值进行相应函数拟合，之后再采用焓差法进行热量的计算。通过在搭建的超声波实验平台上，与世界上最好的超声波热表Kamstrup热表进行校准对比，流量和温度的测量精度基本达到5％之内，满足设计的要求。
　　本设计系统硬件电路部分是以MKL15Z128VLK4单片机和德国ACAM公司生产的最新一代产品TDC-GP22芯片为基础，辅以外围供电电路、LCD显示电路、无线GPRS通信电路、UART模块电路和JTAG模块电路设计。单片机和超声波时差检测芯片通过SPI进行通信，LCD显示模块是通过I2C总线实时的显示热量表的相关量。用户通过无线GPRS模块可以实现以发送短信的方式获取热量使用情况的信息，来实现智能化的功能。本设计系统软件部分，是通过在code warrior软件中进行c语言编程，来实现热量表相关量的测量、LCD实时显示和GPRS无线通讯。且以实时补偿和取平均值的方法，来实现测量值精度的提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 热量表的研究现状与发展趋势

1．3 热量表的分类

1．4 热量表设计的规范准则

1．4．1 术语和定义

1．4．2 技术特性

1．4．3 显示内容

1．5 研究的内容

第二章 超声波热表系统设计

2．1 超声波热表实验平台

2．2 超声波换能器

2．2．1 超声波换能器选择

2．2．2 超声波换能器安装方式

2．3 超声波流量测量

2．3．1 多普勒效应法

2．3．2 时差法

2．4 温度传感器

2．4．1 温度传感器的选择

2．4．2 温度传感器安装方式

2．5 温度测量实现

2．6 热量计量实现

2．7 本章小结

第三章 基于TDC-GP22热表系统硬件设计

3．1 系统硬件结构设计

3．1．1 单片机模块简介

3．1．2 TDC-GP22芯片简介

3．2 TDC-GP22超声波流量测量

3．2．1 超声波流量测量电路

3．2．2 超声波传播时间差计算

3．3 TDC-GP22温度测量

3．4 超声波抗干扰措施

3．4．1 超声波热表四层板设计

3．4．2 TDC-GP22的stop屏蔽窗口

3．4．3 TDC-GP22的第一波模式

3．5 电源供电模块设计

3．6 LCD显示模块设计

3．7 GPRS模块设计

3．8 UART和JTAG模块设计

3．8．1 UART模块设计

3．8．2 JTAG模块设计

3．9 本章小结

第四章 基于TDC-GP22超声波热表软件设计

4．1 总程序模块设计

4．2 主程序模块设计

4．3 中断程序模块设计

4．3．1 测量和计算程序模块

4．3．2 LCD显示程序模块

4．3．3 GPRS通讯模块

4．4 本章小结

第五章 实验测试及误差分析

5．1 Code Warrior编程工具

5．2 Kamstrup热表简介

5．3 实验测试

5．3．1 流量测试结果

5．3．2 温度测试结果

5．3．3 GPRS通讯结果

5．4 误差分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究总结

6．2 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢