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超声波热量表的研究与设计

作　者: 赵飞
导　师: 仇国富
学　校: 南京理工大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 超声波热量表 M-BUS 低功耗温差发电
分类号: TH81
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着国家节能减排方针的展开以及供热计费体制的改革,市场上逐渐涌现出各式各样的热量计量仪表。其中超声波热量表以其诸多优点正逐步成为当今热量表市场的主流产品,但由于其技术的不完善,使得其在实际生产使用中仍然存在一些问题。本文针对超声波热量表存在的问题,重点从超声波热量表的测量精度问题、用量数据传输问题以及电池工作寿命问题出发,设计了一种低功耗、可方便抄表以及长时间工作的超声波热量表。本文设计了直通式超声波测量管道,从而减小了杂质对于流量测量准确性的影响,并彻底消除了超声波换能器的安装角度带来的安装麻烦,从而提高了系统的流量测量准确性。采用Fluent软件对其管内压降情况进行了仿真分析,通过对测量管道内径以及管道安装倾角等参数的优化选择,降低测量管道弯道造成的压降,使之符合国家标准。针对目前国内超声波热量表数据传输存在的问题,本文设计了超声波热量表M-BUS总线数据通信传输接口以及红外数据通信接口,从而为超声波热量表实现智能化远程自动抄表提供了硬件和软件支持。为了延长超声波热量表电池的工作寿命,本文对系统低功耗和能源补偿两方面进行了研究设计。通过选择低功耗芯片构建系统电路,并配合软件低功耗设置,从而降低了系统的工作功耗；通过采用管道内水温作为热源进行温差发电,为仪表电池提供能源补偿,从而极大的延长了热量表的工作时间。另外,完成了超声波热量表流量测量模块、温度测量模块、显示模块以及JTAG调试模块的硬件电路设计以及软件程序编写,并进行了流量测量和温度测量的功能测试,实验结果证明该表可以准确的实现热量计量工作。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 热量表的分类及特点  9-11
  1.3 热量表国内外发展现状  11-12
  1.4 热量计量的难点及存在的问题  12-13
  1.5 课题主要工作内容  13-14
2 热量表管道结构设计及优化  14-26
  2.1 超声波流量检测方法  14
  2.2 传播速度法流量测量法  14-18
    2.2.1 时差法超声波流量测量原理  15-16
    2.2.2 常见时差法超声波热量表结构  16-18
  2.3 管道结构优化设计  18-25
    2.3.1 Fluent软件简介  18-20
    2.3.2 管道仿真求解  20-23
    2.3.3 管道优化分析  23-25
  本章小结  25-26
3 超声波热量表基表设计  26-45
  3.1 超声波热量表总体构成  26
  3.2 微处理器选型  26-27
  3.3 流量测量模块设计  27-35
    3.3.1 TDC-GP2芯片简介  28-29
    3.3.2 流量测量硬件实现  29-33
    3.3.3 流量测量软件实现  33-35
  3.4 温度测量模块设计  35-40
    3.4.1 温度测量原理  35-37
    3.4.2 温度测量硬件实现  37-38
    3.4.3 温度测量软件实现  38-40
  3.5 显示模块设计  40-42
    3.5.1 显示屏选型  40
    3.5.2 显示模块硬件实现  40-41
    3.5.3 显示模块软件实现  41-42
  3.6 JTAG下载电路及复位电路  42-43
  3.7 其他外围电路设计  43-44
  本章小结  44-45
4 热量表数据传输接口设计  45-55
  4.1 数据传输接口的必要性  45-46
  4.2 总线通信接口设计  46-51
    4.2.1 总线选型  46-47
    4.2.2 M-BUS总线简介  47-48
    4.2.3 TSS721A芯片简介  48-49
    4.2.4 M-BUS总线接口硬件实现  49-50
    4.2.5 M-BUS通信流程  50-51
  4.3 红外通信接口设计  51-54
    4.3.1 红外通信原理  51-52
    4.3.2 红外发射电路设计  52
    4.3.3 红外接收电路  52-53
    4.3.4 红外通信流程  53-54
  本章小结  54-55
5 热量表供电问题研究  55-62
  5.1 系统低功耗设计  55-57
    5.1.1 硬件低功耗设计  55-56
    5.1.2 软件低功耗设计  56-57
  5.2 能源补偿方案设计  57-61
    5.2.1 温差发电原理  57-58
    5.2.2 温差发电模块的工作原理  58
    5.2.3 温差发电模块的硬件实现  58-60
    5.2.4 超声波热量表的供电系统  60-61
  本章小结  61-62
6 系统实验  62-72
  6.1 流量测量实验  62-65
    6.1.1 流量实验原理  62
    6.1.2 流量实验装置  62-63
    6.1.3 流量实验数据  63-65
  6.2 温度测量实验  65-67
    6.2.1 温度实验原理  65
    6.2.2 温度实验装置  65-66
    6.2.3 温度实验数据  66-67
  6.3 温差发电模块性能测试  67-71
    6.3.1 温差发电实验装置  67-68
    6.3.2 温差发电片发电能力研究  68-69
    6.3.3 供电性能研究  69-71
  本章小结  71-72
总结  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-77
附录A  77-78
附录B  78

超声波热量表的研究与设计

内容摘要

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