：开拓一款基于超声波传感器和高精度铂电阻温度传感器的超声波热量表，采用高精度的计时芯片实行对流速、流量和热量的高精度衡量，M-Bus仪表总线的高效牢靠数据传输，并充实发现MSP430F4481措置器芯片的功耗和估计打算速率上风和TDC-GP21芯片的高精度计量上风，所研造的热量表拥有本钱低、衡量精度高、功耗超低的特质。检测结果适合《热量表》行业圭臬的2级表条件，内置电池行使寿命逾越10年。这几项目标正在国内同业业产物中有很大上风。
摘要：开拓一款基于超声波传感器和高精度铂电阻温度传感器的，采用高精度的计时芯片实行对流速、流量和热量的高精度衡量，M-Bus仪表总线的高效牢靠数据传输，并充实发现MSP430F4481措置器芯片的功耗和估计打算速率上风和TDC-GP21芯片的高精度计量上风，所研造的热量表拥有本钱低、衡量精度高、功耗超低的特质。检测结果适合《热量表》行业圭臬的2级表条件，内置电池行使寿命逾越10年。这几项目标正在国内同业业产物中有很大上风。
本课题从对超声波热量衡量道理的表面商量开拔，连结行业圭臬，行使超声波流量衡量工夫和热量衡量工夫研造开拓一种热量表，给出体例的软件和硬件组织策画门径。商量实质搜罗热量表的衡量道理、超声波换能器处事机理、样机的开拓、检测、检定的商量。
本计划策画的超声波热量表是一种具体式的热量表。将低功耗单片机工夫、数字化温度流量衡量工夫、超声波流量衡量工夫以及长途集结抄表工夫举行了有用的连结。
本策画的超声波热量表要紧由TDC-GP21策画的温度流量衡量仪、MSP430F4481策画的积算仪及闭连表围电途、TSS721A策画的M-BUS总线衡量的超声波热量表计划的道理框图。
相对其他衡量芯片来说，TDC-GP21的价值上风特地适合低本钱的超声波热能表策画。TDC-GP21优异的本能(搜罗高精度的时光衡量、切实的时钟校准、主动化的衡量方法和低功耗的衡量计划)，只消再加上一个简易的微措置器，以及很少的表部电途就可能组成一套完美的超声波热量表计划，大大削减了本钱。
TDC-GP21供给了对待TDC-GP2的管脚统统兼容的功用，以及少许晋升的特色和异常扩展的功用。如图2所示，其内部集成了时钟电途、温度衡量单位、脉冲爆发器、TDC衡量电压和一个简易地运算单位ALU，以及模仿元器件比拟器。内部集成的模仿开闭将会使表围电途的策画大大简化。同时，衡量的质地也会被提升，衡量的功耗将会被低重。
为了衡量进水口和出水口之间流体的温度差别，TDC-GP21行使了其内部集成的PICOSTRAIN衡量方法，供给了高精度和低功耗的温度衡量计划。因为温度传感器的电阻值与温度有存正在必然的闭连，芯片将会通过直接衡量温度傳感器RTD的電阻改變量而獲得對應的溫度值，該曆程是通過內部特地切確的時光衡量實現的。衡量時，傳感器衡量電阻和參考溫度安閑電阻將會分裂對待統一個電容舉行充放電，那麽放電的時光將會通過內部的高精度的ps級別時光分辯率的TDC衡量單位衡量下來。圖3中顯示了一個GP21溫度衡量的道理和一個類型充放電弧線。
只須要通過單片機向GP21傳送相對應的操作代碼，GP21的溫度衡量就會主動高效實現。通過傳送操作代碼“Start_Temp”，TDC-GP21將會舉行單次溫度的迅速衡量，而通過傳送操作代碼“Start_Temp_Restart”，TDC-GP21將會舉行兩次溫度的迅速衡量，兩次衡量之間的時光延遲將會爲50Hz或60Hz的整數倍。這會削弱50 Hz或60 Hz的噪聲。而相對待單次溫度的迅速衡量，TDC-GP21先會先依照擺設舉行多次熱身衡量，然後再依照规律 PT4 PT3 PT2 pt1 p= 端话柄践实践温度迅速衡量。正在实现4次实践温度迅速衡量停止之后，断绝符号位就会被置位。tdc-gp21也可能按相反衡量规律举行温度衡量，而热身衡量也会从pt4端口起源。衡量的结果将会被存储正在gp21的结果寄存器0-3当中。
传感器电阻相对待温度安闲时电阻的改变将会由放电的时光比率展现。放电时光的估计打算公式为：
依照RRTD的值，通过相应的公式估计打算或通过查问对应传感器的温度表格，就可能得回传感器目前衡量到的温度消息。
PT1000是一种铂热电阻，它的阻值会跟着温度的改变而改观，属于正电阻系数热敏电阻。其定名寓意为：PT后的1000展现它正在0 ℃时它的阻值为1000 Ω，正在20 ℃时它的阻值约为1097.347 Ω，正在300 ℃时它的阻值约为2120.515 Ω。它的处事道理：当PT1000正在0摄氏度的岁月他的阻值为1000 Ω。它的阻值会跟着温度上升而呈匀速拉长，是线温度和电阻值的闭连式：
R(t)是温度为t时铂热电阻的电阻值(Ω); (t)为温度(℃);R0是温度为0℃时铂热电阻的电阻值(Ω); A、B为分度常数;
PT1000厚膜铂电阻温度传感器的电阻值与温度的闭连偏离所给分度表的允差不逾越 ±(0.30+0.005∣t∣)。
GP21的流量衡量是基于超声波上下游特地时光的。两个超声波换能器将会分裂相接到GP21上下游衡量的两个端口，这个两个换能器都可能行动摄取端或者发射端。如图4所示为基于时光间隔衡量的超声波流量衡量道理图。