基于MSP430的超声波热量表的设计

　　1 引言

　　一直以来我国北方居民供暖系统采用按面积收费，但近年来按面积收费的不合理性越来越突出，用户不能根据实际情况实时调节所需，浪费现象明显，智 能化程度明显不足。因而热量表逐渐开始推广，目前国内市场上主要采用机械式、电磁式热量表，机械式热表固有缺点不可忽略，如机械磨损影响精度，对外界环境 敏感，使用寿命短;电磁式热冷量表对水质要求高等。超声波式热量表无损耗、且高精度，为此研制了一种寿命长、功耗低、无磨损的超声波式热量表。

　　2 系统组成及原理

　　本文设计的热量表以MPS430F4371为主控制器，以TDC-GP21为主要检测芯片，检测介质流量与温度。通过芯片TSS721A和简单 电路分别实现M-BUS通信和红外通信，便于现场和远程抄表。自制液晶汉字显示，方便直观。一个按键，两级菜单显示。单节电池供电。利用 MPS430F4371自带的256k字节信息flash和软件开辟的1k程序flash进行数据存储。基本统如图1所示。

　　3 数据检测

　　3.1 热量表的测量原理

　　根据计量需要，要求检测的参数主要有管道介质流量、进出口温度以及电池电压。根据k系数法，通过检测流量、温差，依式(1)可计算一段时间内用户所消耗的热量值。

　　式中：

　　k为热系数;

　　△T为交换介质进出口温度差;

　　qv为管道瞬时流量

　　可见热量值的精确度取决于流量与温度检测的精确度。为提高检测精度，TDC-GP21核心供电电压和I/O供电电压隔离。

　　3.2 温度的检测

　　TDC-GP21有一个PICOSTAIN基础的温度测量单元，提供了高精度和低功耗的温度测量，测量的是温度传感器的电阻对电容的放电时间， 通过放电时间与参考电阻推算出温度传感器电阻值，根据pt1000的电阻与温度的对应关系从而得出温度值，精度达0.2%。硬件检测原理电路如图2所示。

　　只需一个电阻、电容即可实现两路温度测量。在初始化中需正确配置寄存器，配置热身测量次数、测量的周期时间、测量端口数、测量顺序、测量上下游的时间间隔等。由于采用Pt1000，根据TDC-GP21推荐值，取放电电容为100nF、参考电阻1kΩ。

　　3.3 流量的检测

　　管道直径确定，流量的检测等效成介质流速的检测。介质速度的检测采用超声波时差法来测量。TDC-GP21通过发送一列脉冲，经换能器转换成超 声波在介质中传播，换能器接受超声波后发脉冲，TDC-GP21检测脉冲，计时从发送脉冲到接受脉冲的时间间隔。上下游各检测一次。根据上下游时间差、传 播距离即可算出介质速度。原理如图3所示。