低功耗智能超聲波熱量表的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及熱量表技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低功耗智能超聲波熱量表。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活質(zhì)量的提高人們對(duì)于居住舒適度的要求，我國(guó)北方地區(qū)的樓宇建設(shè)都將普遍推廣熱量表到戶(hù)，用于冬天的暖氣供應(yīng)。自從2009年起，我國(guó)北方進(jìn)行了供熱改革，至今已卓見(jiàn)成效。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年按熱量計(jì)費(fèi)將是北方供暖改革的重要方向。而熱量表更是供熱系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它負(fù)責(zé)熱量的計(jì)算、記錄和數(shù)據(jù)傳送工作。超聲波熱量表由于其測(cè)量方式無(wú)接觸部件，且具有測(cè)量精度高的優(yōu)勢(shì)，所以它正在逐漸取代機(jī)械式的熱量表，成為北方供熱供暖計(jì)量方案的首選。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種高精度熱量表，專(zhuān)利號(hào):201220363301.7，包括電源模塊、按鍵控制模塊、存儲(chǔ)模塊、閥門(mén)控制模塊、讀寫(xiě)卡模塊、紅外通信模塊、MCU處理控制模塊、韋根信號(hào)采集模塊、溫度測(cè)量模塊和液晶顯示模塊。上述熱量表采用韋根信號(hào)采集模塊，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗較大；另外，此種熱量表緊緊通過(guò)紅外通信模塊進(jìn)行后臺(tái)管理，無(wú)法實(shí)時(shí)進(jìn)行后臺(tái)計(jì)費(fèi)及管理。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種低功耗智能超聲波熱量表，低功耗，便于操作，便于后臺(tái)管理。
[0004]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案:一種低功耗智能超聲波熱量表，包括MCU以及分別與所述MCU連接的液晶顯示電路、紅外通信電路、按鍵、電壓轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測(cè)電路、閥門(mén)、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及MBUS通信電路，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為T(mén)DC-GP21，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別連接有熱敏電阻和超聲波換能器。
[0005]所述MCU采用低功耗微控制器EFM32TG840F32。
[0006]所述電壓檢測(cè)電路由三極管T10、三極管Tll以及電阻R33、電阻R34、電阻R17構(gòu)成，所述電阻R33的一端連接所述電源電路的一極，另一端與三極管TlO的基極連接，三極管TlO的發(fā)射極接地，集電極與電阻R34的一端連接，電阻R34的另一端分別與三極管Tll的基極、電阻R17的一端連接，所述三極管Tll的集電極與控制單元連接。電阻R33的一端用于監(jiān)測(cè)電池的電壓，控制三極管TlO和Tll的開(kāi)啟狀態(tài)，當(dāng)電壓低于設(shè)定值時(shí)，TlO和Tll開(kāi)啟，控制單元接收到信號(hào)，同時(shí)關(guān)閉閥門(mén)。
[0007]本實(shí)用新型的有益效果是:1、相對(duì)于傳統(tǒng)的8位、16位單片機(jī)，EFM32TG840以Cortex-M3為內(nèi)核，具有更強(qiáng)運(yùn)算處理能力，使整表的性能得到提升；
[0008]2、EFM32TG840與TDC-GP21均具有低功耗的優(yōu)勢(shì)，綜合使得整機(jī)的功耗更低，增長(zhǎng)熱量表的電池壽命，間接降低了整表對(duì)于電池的需求成本；
[0009]3、EFM32TG840集成了 IXD控制器、RTC,以及它的Flash可用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，使得整體方案的外圍元件減少，降低方案成本；
[0010]4、TSS721A是一種用于儀表總線(xiàn)的收發(fā)器集成芯片，其內(nèi)含接口電路可以調(diào)節(jié)儀表總線(xiàn)結(jié)構(gòu)中主從機(jī)之間的電平，同時(shí)該收發(fā)器可由總線(xiàn)供電，對(duì)從機(jī)不增加功率需求，總線(xiàn)可無(wú)極性連接，便于后臺(tái)計(jì)費(fèi)及管理。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型的原理圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型中電源轉(zhuǎn)換電路的原理圖；
[0013]圖3是本實(shí)用新型中MBUS通信電路的原理圖；
[0014]圖4是本實(shí)用新型中紅外通信電路的原理圖；
[0015]圖5是本實(shí)用新型中電壓檢測(cè)電路的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。如圖1至圖5所示，一種低功耗智能超聲波熱量表，包括MCU以及分別與所述MCU連接的液晶顯示電路、紅外通信電路、按鍵、電壓轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測(cè)電路、閥門(mén)、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及MBUS通信電路，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為T(mén)DC-GP21，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別連接有熱敏電阻和超聲波換能器。所述MCU采用低功耗微控制器EFM32TG840F32。
[0017]所述電壓檢測(cè)電路由三極管T10、三極管Tll以及電阻R33、電阻R34、電阻R17構(gòu)成，所述電阻R33的一端連接所述電源電路的一極，另一端與三極管TlO的基極連接，三極管TlO的發(fā)射極接地，集電極與電阻R34的一端連接，電阻R34的另一端分別與三極管Tll的基極、電阻R17的一端連接，所述三極管Tll的集電極與控制單元連接。電阻R33的一端用于監(jiān)測(cè)電池的電壓，控制三極管TlO和Tll的開(kāi)啟狀態(tài)，當(dāng)電壓低于設(shè)定值時(shí)，TlO和Tll開(kāi)啟，控制單元接收到信號(hào)，同時(shí)關(guān)閉閥門(mén)。
[0018]超聲波主控MCU采用EFM32TG840F32，它是基于ARM公司的32位Cortex_M3內(nèi)核設(shè)計(jì)而來(lái)，對(duì)比于傳統(tǒng)的8位、16位單片機(jī)，它具有更高的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理能力，更高的代碼密度，更低的功耗。實(shí)際數(shù)據(jù)顯示，EFM32TG840在執(zhí)行32位乘法運(yùn)算僅需4個(gè)內(nèi)核時(shí)鐘周期，32位除法運(yùn)算僅需8個(gè)內(nèi)核時(shí)鐘周期，而相應(yīng)熱表上運(yùn)用的16位單片機(jī)卻分別需要50和465個(gè)時(shí)鐘周期。而恰恰在時(shí)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片TDC-GP21上采集得到的數(shù)據(jù)均是32位長(zhǎng)度，因此在運(yùn)算和熱量計(jì)算時(shí)均是32位的數(shù)據(jù)運(yùn)算?？梢?jiàn)，采用EFM32TG840可以讓超聲波熱量表有更好的運(yùn)算性能，從而使得整機(jī)可以縮短處在運(yùn)行計(jì)算狀態(tài)狀態(tài)，達(dá)到降低運(yùn)行功耗的效果。
[0019]EFM32TG840具有EM0-EM4共5種低功耗模式。在EM2的低功耗模式下，微控制器仍可實(shí)現(xiàn)RTC運(yùn)行，LEUART, LETIMER及LESENSE的通信或控制功能，而功耗僅需900你A。而且它具有靈活的喚醒方式和自主工作的PRS系統(tǒng)，可以由外部I/0、I2C通信接口、LEUART通信信號(hào)等等方式喚醒。
[0020]EFM32TG840集成了 8 X 20段的IXD驅(qū)動(dòng)器，滿(mǎn)足直接驅(qū)動(dòng)超聲波熱量表液晶屏的需求，而功耗僅為550nA。EFM32TG840的IXD驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部集成電壓升壓功能和對(duì)比度調(diào)節(jié)功能，可實(shí)現(xiàn)在芯片內(nèi)部VCMP電壓比較器監(jiān)控VDD電壓，分等級(jí)開(kāi)啟IXD升壓及對(duì)比度調(diào)節(jié)，達(dá)到LCD的現(xiàn)象效果良好，即使系統(tǒng)電池隨著使用時(shí)間增加出現(xiàn)電壓跌落現(xiàn)象。
[0021]時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP21是德國(guó)ACAM公司在2011年11月底推出的新一代專(zhuān)門(mén)針對(duì)超聲波熱量表檢測(cè)計(jì)量所用的數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換器。TDC-GP21芯片采用QFN32封裝，除了具備TDC-GP2的功能外，還額外集成了超聲波熱量表所需要的信號(hào)處理模擬部分，例如模擬開(kāi)關(guān)以及低噪聲斬波穩(wěn)定(自動(dòng)進(jìn)行溫度電壓校正)模擬信號(hào)比較器。TDC-GP21溫度部分集成了施密特觸發(fā)器，可直接接上溫度傳感器和參考電阻，就可以進(jìn)行高精度的測(cè)量，測(cè)量的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)熱量表所需的要求。7x32bit的EEPROM單元，可用于存儲(chǔ)熱量表整表的ID信息及配置寄存器信息。使超聲波熱量表的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)非常簡(jiǎn)單，大大降低材料和人工成本，并且將測(cè)量質(zhì)量和功耗提升到了一個(gè)前所未有的等級(jí)，實(shí)現(xiàn)了更高集成度，更低功耗。
[0022]TDC-GP21需要兩個(gè)供電電壓，分別是核心電壓VCC和I/O電壓V1，在本方案中采用了 ACAM推薦的兩個(gè)供電電壓使用相同的電壓源進(jìn)行供電，并增加去耦雙通道濾波電路以達(dá)到降低系統(tǒng)噪聲的效果。其他部分電路例如換能器、PTC電阻的連接以及晶體的接法均采用原廠(chǎng)提供的官方參考電路進(jìn)行搭建。在時(shí)鐘方面TDC-GP21將輸出32.768KHz時(shí)鐘，為EFM32TG840F32提供低頻時(shí)鐘，可節(jié)省主控MCU的低頻晶振。
[0023]如圖3所示，MBUS通信電路，超聲波熱量表通過(guò)MBUS (Meter Bus)總線(xiàn)通信進(jìn)行自動(dòng)抄表?，F(xiàn)場(chǎng)的熱量表可通過(guò)MBUS將數(shù)據(jù)上傳到集中器，然后由集中器或再上一級(jí)集中器將數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)GPRS通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓┡行牡暮笈_(tái)，進(jìn)行計(jì)費(fèi)及管理。本方案中采用TI公司的MBUS芯片為T(mén)SS721A。TSS721A是一種用于儀表總線(xiàn)的收發(fā)器集成芯片，其內(nèi)含接口電路可以調(diào)節(jié)儀表總線(xiàn)結(jié)構(gòu)中主從機(jī)之間的電平，同時(shí)該收發(fā)器可由總線(xiàn)供電，對(duì)從機(jī)不增加功率需求，總線(xiàn)可無(wú)極性連接。
[0024]如圖4所示，紅外通信電路，超聲波熱量表紅外通信采用38KHz的載波對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制且有效通信距離大于2m，選用波長(zhǎng)為940nm的紅外發(fā)射管與接收管。供熱管理人員可以使用手持紅外抄表設(shè)備對(duì)超聲波熱量表進(jìn)行抄表。
[0025]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低功耗智能超聲波熱量表，其特征在于:包括MCU以及分別與所述MCU連接的液晶顯示電路、紅外通信電路、按鍵、電壓轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測(cè)電路、閥門(mén)、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及MBUS通信電路，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為T(mén)DC-GP21，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別連接有熱敏電阻和超聲波換能器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗智能超聲波熱量表，其特征在于:所述MCU采用低功耗微控制器EFM32TG840F32。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗智能超聲波熱量表，其特征在于:所述電壓檢測(cè)電路由三極管T10、三極管Tll以及電阻R33、電阻R34、電阻R17構(gòu)成，所述電阻R33的一端連接所述電源電路的一極，另一端與三極管TlO的基極連接，三極管TlO的發(fā)射極接地，集電極與電阻R34的一端連接，電阻R34的另一端分別與三極管Tll的基極、電阻R17的一端連接，所述三極管Tll的集電極與控制單元連接。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及熱量表技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低功耗智能超聲波熱量表，包括MCU以及分別與所述MCU連接的液晶顯示電路、紅外通信電路、按鍵、電壓轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測(cè)電路、閥門(mén)、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及MBUS通信電路，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為T(mén)DC-GP21，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別連接有熱敏電阻和超聲波換能器。EFM32TG840與TDC-GP21均具有低功耗的優(yōu)勢(shì)，綜合使得整機(jī)的功耗更低，增長(zhǎng)熱量表的電池壽命，間接降低了整表對(duì)于電池的需求成本；TSS721A是一種用于儀表總線(xiàn)的收發(fā)器集成芯片，對(duì)從機(jī)不增加功率需求，總線(xiàn)可無(wú)極性連接，便于后臺(tái)計(jì)費(fèi)及管理。
【IPC分類(lèi)】G01K17-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204330184
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420816342
【發(fā)明人】蔡松, 李坡, 李毅堂
【申請(qǐng)人】天津市中天電子發(fā)展有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日