热量表的低功耗设计方法研究及其测量系统的设计

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1、长春工业大学硕士学位论文摘要目前国内市场上的热量表产品，其流量测量部分多采用机械式叶轮结构，这种结构对水质要求较高，要加装过滤装置，需要经常校表，使用寿命短，并且对于户用小流量流体测量精度不高。针对这些缺点，设计了以超声波流量测量为原理的低功耗超声式热量表。从世界范围内看，低功耗超声热量表也是供热系统未来发展方向之一。因此，本课题的研究也具有理论与应用价值。本文首先对超声波热量表的研究背景和意义以及国内外研究现状等进行了综述性介绍，并对目前热量表亟待解决的难题和主要研究内容作了介绍。在深入探讨现代超声检

2、测技术的基础上，对传统的超声波测量方法与本系统所采用的方案进行了比较，介绍了传统时差法的原理和设计思路，并且阐明了传统的测量流量的方法具有始动流量、压损大，硬件的系统频率要求高，并且不适合低流速、小管径的缺点。同时给出了多脉冲循环法的测量原理，并进行了详细的研究，研究实验表明，此方法适合于低流速，小管径的流量测量环境。消除了流体的压损，降低了系统的硬件时钟要求，提高了系统的可靠性；介绍了系统超声波发射／接收系统的原理，提出了超声多次连续低压脉冲激发以及磁环滤波技术，在发射电路与换能器之间加磁环滤波部分，

3、滤除有害干扰信号的同时，可以极大地降低超声功耗，为系统整体低功耗设计有着巨大贡献；在单片机核心系统设计上，充分利用其低功耗模式，有效的减少了工作电流；在外围电路的器件选取上，尽量采用了CMOS或CHMOS器件，降低了整个系统的功耗；同时在信号接收电路上，突破以往的回波处理技术，设计了全新的不对称RC构成的双T选频滤波网络放大器作为自动增益放大器，保证了在回波信号不失真的情况下有效地滤除干扰信号，放大微弱回波信号；对于回波工作点的确定，提出了基于多脉冲测量法的计数一搜索算法，保证了回波准确无误的判断，大大

4、提高了时差计量精度，进而提高了流量检测精度，解决了小管径、低流速情况下计数器计时精度问题。文中也对超声流量测量误差做了理论上的分析。在系统的回水温度测量部分，采用数字化无线温度检测，将Ptl000铂电阻作为温度传感器，将测量得到的回水温度以无线发射的方式传输给主表体中的积算部分，解决有线测量带来的诸多问题，提高热量表的测量的可靠性。在系统硬件的设计过程中，选用低功耗单片机MSP430FW425开发超声热量表的电子控制单元，完成硬件电路和软件设计，实现了超声热量表的高度智能化和超低功耗。本系统采用了固定短

5、管式z式超声探头配置方式，插入型管道安装。本超声热量表设计实现目标是，待机电流小于3

6、IA，活动电流不超过2mA，基本实现低功耗，保证3．6V锂电池供电6年的目标。关键字：超声波，CPLD，多脉冲测量法，低功耗。长春工业大学硕士学位论文AbstractTherearevariousheatmeterproductsinhomemarkettoday．Mostofthemuseimpellerflowsensorasflowmeasurementunit，whichneedgoodwatersupplyq

7、uality，afilterunitandtobecorrectedregularly，andtheyarealsohaveshortlives，besidesflowmeasurementaccuracyislowforadomesticlowflowvelocityapplication．Consideringtheseshortcomings，alowpowerconsumptionultrasonicheatmeterbasedonultrasonicflowmeasurementfunctio

8、nisdesigned．worldwide。lowpowerultrasonicheatmeterisonetendencyofinternationaldevelopment．becauseofthis，researchonmyprojecthasaacademicandappliedvalue．Atfirst，thebackgroundofstudy，significanceandthecurrentstudysituationbothathomeandabroadetc．onultrasonich

9、eatmeterareintroduced．Andthedifficultproblemsurgentlytobesolvedatpresentandmainresearchcontentsabouttheheatmeterwasintroduced．Onthebasisofprobingintomodernultrasonicdetectiontechniquethoroughly，comparingwithtraditionalultr