基于超声波检测技术的热能表研究与实现

论文摘要

按照我国创建节约型社会的要求,供暖收费体制要逐步过渡到热能计量收费。现有的热能表主要采用传统水表的测量技术,存在测量精度低、使用寿命短等缺点,不能满足对热能计量的准确性和可靠性的要求。本文针对目前热能表的发展现状,研究并提出了适合我国实际需求的基于超声波检测技术的热能表的技术方案。首先阐述了基于超声波检测技术的热能表技术方案的总体设计,并完成了其中关键技术的研究与实现,特别是对超声波传播时差提出新的测量方法。其次设计了基于16位超低功耗单片机MSP430F413的热能表系统,并完成了热能表系统硬件电路的实现。最后完成了整个系统的软件控制流程的设计和程序编写,并进行了各个部分的调试和整个系统的综合调试。本文主要采用高精度时间测量芯片TDC-GP2的内嵌时差法逻辑测量技术、П型管延长超声波声程技术使超声波传播时差测量精度达到纳秒级,并且通过系统工作模式的切换来降低整个系统功耗。本文设计开发的基于超声波检测技术的热能表经过实验验证在技术上是先进的,在经济上是可行的,并且可以很好地解决流量测量和热量计量的问题,提高了热量计量的准确性与可靠性,适合我国目前户用热量表的发展现状。所以,对基于超声波检测技术的热能表的研究与实现具有重大的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 1.热能表的发展现状
• 2.论文的研究意义及主要研究内容
• 第一章 课题设计内容
• 1.1 概述
• 1.2 设计思想和原则
• 1.3 技术方案实现的总体设计
• 1.3.1 超声波发射和接收电路
• 1.3.2 MSP430 处理器控制部分
• 1.3.3 高精度测量部分
• 本章小结
• 第二章 热能表的关键技术
• 2.1 超声波流量检测技术
• 2.1.1 超声波的传播速度
• 2.1.2 超声波在传播过程中的衰减
• 2.1.3 超声波流量检测原理
• 2.2 高精度测量技术
• 2.2.1 TDC-GP2 的特点
• 2.2.2 高精度测量原理
• 2.3 П型管技术
• 2.4 低功耗技术
• 2.4.1 选择带有低功耗模式的系统
• 2.4.2 芯片的选取及外围电路的设计
• 2.4.3 软件设计实现低功耗
• 本章小结
• 第三章 热能表的硬件结构和电路设计
• 3.1 热能表的硬件电路构成
• 3.2 热能表的硬件电路设计
• 3.2.1 处理器外围电路的设计
• 3.2.2 超声波电路
• 3.2.3 测量电路
• 3.2.4 切换电路
• 3.2.5 液晶显示电路
• 3.2.6 时钟电路
• 3.3 热能表的硬件抗干扰设计
• 本章小结
• 第四章 热能表的软件设计
• 4.1 MSP430 单片机的编程语言和编译环境
• 4.2 软件的总体设计
• 4.3 主程序
• 4.3.1 系统初始化
• 4.3.2 FLASH 存储器读写
• 4.3.3 数据处理子程序
• 4.4 中断服务程序
• 4.4.1 测量子程序
• 4.4.2 按键和显示模块
• 4.4.3 实时时钟模块
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 试验测试报告
• 附录B 热能表系统原理图
• 附录C 热能表系统实物图
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢