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案例頻道 作者簡(jiǎn)介 ：崔玉玲， 機(jī)電工程系，講師，研究方向?yàn)榭刂乒こ膛c控制理論
摘 要：本論文利用超聲波在流動(dòng)的液體中順流與逆流的時(shí)間差來(lái)測(cè)量流速，測(cè)量芯片 采用TDC－GP2，控制器采用MSP430。此熱量表可以避免傳統(tǒng)熱量表的阻塞問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了與無(wú)線抄表系統(tǒng)相接合，可以在無(wú)人監(jiān)管的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶供熱信息的監(jiān)控。
關(guān)鍵詞：MSP430；TDC－GP2； TSS721A
Abstract: Ultrasonicthe’s character is travel-time-difference between downstream and upstream.The heat meter makes use of this principle to measure velocity of flow.The measurement chips use high-speed time-digital measuring chip TDC－GP2. It’s MCU is MSP430 The heat meter can avoid the obstruction problem of the traditional heat meters. It connects with a wireless meter reading system phase grounding, so that the system can monitor the situation in the absence of the user heating under the control of information.
KeyWord: MSP430;TDC－GP2; TSS721A
本文設(shè)計(jì)了一種新型的熱量表，利用超聲波在流動(dòng)的液體中順流與逆流的時(shí)間差來(lái)測(cè)量流速，測(cè)量芯片利用高速時(shí)間數(shù)字測(cè)量芯片。這種流量計(jì)測(cè)量精度非常高，可以避免傳統(tǒng)熱量表的阻塞問(wèn)題。同時(shí)還設(shè)計(jì)了與外部通信的接口，本表可以與無(wú)線抄表系統(tǒng)相接合，因此，本系統(tǒng)可以在無(wú)人監(jiān)管的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶供熱信息的監(jiān)控，系統(tǒng)框圖如圖1：
1 TI公司MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器，具有16位RISC結(jié)構(gòu)，CPU的16個(gè)寄存器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430微控制器能達(dá)到最高的代碼效率。
靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)到最低的功率消耗。數(shù)字控制的振蕩器(DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在小于6μs的時(shí)間內(nèi)被激活到正常的工作方式。MSP430系列單片機(jī)的16位定時(shí)器是應(yīng)用于工業(yè)控制如紋波計(jì)數(shù)器、數(shù)字化電機(jī)控制、電表、水表和手持式儀表等的理想配置，其內(nèi)置的硬件乘法器大大加強(qiáng)了其功能，提高了數(shù)據(jù)處理能力。
TDC－GP2是ACAM公司通用TDC系列的新一代產(chǎn)品。它具有更高的精度和更小的封裝，尤其適合于低成本的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。GP2具有高速脈沖發(fā)生器，停止信號(hào)使能，溫度測(cè)量和時(shí)鐘控制等功能，這些特殊功能模塊使得它尤其適合于超聲波流量測(cè)量和熱量測(cè)量方面的應(yīng)用。在TDC-GP2 的內(nèi)部集成了一個(gè)專門(mén)用來(lái)測(cè)量溫度的模塊，圖2所示：
3 通信的硬件電路
M-BUS目前是熱量表產(chǎn)品中廣泛支持的一種通信方式，它是一種可靠、開(kāi)放、低成本的總線通信方式，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展性好，適合做為自動(dòng)抄表系統(tǒng)中儀表及集中器層次的通信網(wǎng)絡(luò)。TSS721A是TI推出的一種用于M-BUS從機(jī)的專用收發(fā)器芯片。其特點(diǎn)如下：①滿足國(guó)際EN1434-3標(biāo)準(zhǔn)；②具有動(dòng)態(tài)電平識(shí)別的接收邏輯；③無(wú)極性連接；④支持遠(yuǎn)程供電，從機(jī)可由總線或后備電池供電；⑤支持UART協(xié)議；半雙工下波特率可達(dá)9600b/s；⑥可提供3.3v穩(wěn)壓源。電路圖如圖3所示。
4 超聲波接收與處理電路
由于本熱量表采用電池供電，所以要求放大器的功耗要小。本文采用功耗較低的運(yùn)放OP37，OP37功耗低，帶寬63MHz，供電電流小于2mA。用它組成二級(jí)放大電路來(lái)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大，具體電路如圖4。第一、二級(jí)的放大增益分別為20dB，這兩級(jí)的放大增益為40dB，放大后的信號(hào)是不能直接做為GP2的STOP信號(hào)，它只能識(shí)別脈信號(hào)，所以還要對(duì)放大了的信號(hào)進(jìn)行處理，把它變成數(shù)字信號(hào)。由于GP2的測(cè)量的是開(kāi)始信號(hào)與結(jié)束信號(hào)之間的時(shí)間差，要求上升沿盡量的陡，所以必須使用高速比較器。本文中采用MAXIM公司的高速比較器MAX9140來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化（如圖4）。由于本熱量表采用電池供電，所以要求放大器的功耗要小。本文采用功耗較低的運(yùn)放OP37，OP37功耗低，帶寬63MHz，供電電流小于2mA。用它組成二級(jí)放大電路來(lái)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大，具體電路如圖4。第一、二級(jí)的放大增益分別為20dB，這兩級(jí)的放大增益為40dB，放大后的信號(hào)是不能直接做為GP2的STOP信號(hào)，它只能識(shí)別脈信號(hào)，所以還要對(duì)放大了的信號(hào)進(jìn)行處理，把它變成數(shù)字信號(hào)。由于GP2的測(cè)量的是開(kāi)始信號(hào)與結(jié)束信號(hào)之間的時(shí)間差，要求上升沿盡量的陡，所以必須使用高速比較器。本文中采用MAXIM公司的高速比較器MAX9140來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化（如圖5）。
5 軟件系統(tǒng)初始化主程序框圖如6所示。
圖6 主程序初始化流程圖
參考文獻(xiàn)
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北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)