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超声波远传热量表的设计

作　者: 史长青
导　师: 齐世清
学　校: 东北大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 时差法焓差法 TDC-GP2 ZigBee2006
分类号: TP274.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 35次
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内容摘要

热量表是测量、计算并显示热交换系统所释放或吸收的热量值的仪表,是一种以微处理器和高精度传感器为主要配件的机电一体化计量器具。在我国供暖体制改革的进程中起着十分关键的作用。随着我国供暖体制改革的不断深入,其自身也暴露出一些不足,传统的热计量仪表准确度不足,功耗大,易损坏且由于其大多使用有线的抄表方式,使得对现有用户的安装造成极大的不便。在此基础上,本文旨在设计一种新型的户用式热量表,以适用于目前供暖体制改革及用户的需求。其特点如下：(1)计量准确。本文采用超声波时差法计算流量值,采用焓差法计算热量值,并采用德国ACAM所生产的高速时间测量单元TDC-GP2作为流量和温度采集装置,保证了其计量值的准确性。(2)低功耗设计。本文采用TI公司的MSP430F449芯片做为系统的核心处理器,其最大的特点就是低功耗,再加上TDC-GP2及由ZigBee技术所支持的无线抄表网络,使得整个系统在只需要一块锂电池的基础上,可以持续供电6年以上。(3)运行可靠,不易损坏,便于安装维护。超声波传感器属于间接非接触式测量,其测量过程完全不受介质中杂质、化学物质和磁性材料的影响,压损小,可以水平或垂直安装。这些特点使其运行过程中不易受外界环境的影响,且不易损坏,使用寿命长。(4)无线自动抄表。有线方式的自动抄表系统有其自身的优点,但其需要在楼房设计初期就将其具体的实施方法考虑进去,不利于对现有供暖设施进行改造。且其布线工程量大,功耗大,无法用内置锂电池。而由ZigBee技术支持的无线抄表网络则可以克服上述缺点。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-21
  1.1 课题的研究背景  11
  1.2 超声波远传热量表的关键性技术研究  11-17
    1.2.1 超声波流量测量方法—时差法  12-13
    1.2.2 热量值计算方法—焓差法  13-14
    1.2.3 自动抄表网络的研究  14-17
      1.2.3.1 有线与无线抄表方式的比较  14-16
      1.2.3.2 ZigBee技术的特点  16-17
  1.3 超声波远传热量表的总体设计思想  17-19
  1.4 本章小结  19-21
第2章超声波热量表基表设计  21-33
  2.1 流量与温度的采集  21-24
    2.1.1 高速时间测量单元  21-22
    2.1.2 流量测量的脉冲计数法  22-23
    2.1.3 温度测量的电容充放电法  23-24
  2.2 硬件电路设计  24-29
    2.2.1 超声波流量测量电路  24-26
    2.2.2 温度采集电路  26-28
    2.2.3 TDC-GP2与MSP430F449的接口  28-29
  2.3 软件设计  29-31
    2.3.1 流量采集  29-30
    2.3.2 温度采集  30-31
  2.4 本章小结  31-33
第3章超声波热量表的二次仪表设计  33-45
  3.1 二次仪表硬件电路设计  33-36
    3.1.1 微处理器的选型  33-34
    3.1.2 微处理器外围电路  34-35
      3.1.2.1 电源电路  34
      3.1.2.2 键盘电路  34
      3.1.2.3 显示电路  34-35
      3.1.2.4 时钟电路  35
    3.1.3 微处理器与TDC-GP2的接口  35-36
  3.2 软件设计  36-43
    3.2.1 主程序  36-37
    3.2.2 中断服务程序  37-39
    3.2.3 流量算法  39-40
    3.2.4 温度算法  40-42
    3.2.5 热量算法  42-43
  3.3 本章小结  43-45
第4章 ZIGBEE网络节点的设计  45-55
  4.1 ZigBee网络节点的硬件设计  45-48
    4.1.1 无线单片机选型  45-46
    4.1.2 用户节点硬件设计  46-48
      4.1.2.1 cc2430外围电路  46-47
      4.1.2.2 cc2430与MSP430通信接口电路  47-48
  4.2 软件设计  48-53
    4.2.1 ZigBee2006协议栈  48-50
    4.2.2 节点软件设计  50-53
  4.3 本章小结  53-55
第5章系统的测试与分析  55-59
  5.1 温度与流量的采集测试与分析  55-56
  5.2 网络建立的测试与分析  56-57
  5.3 热量表整体的准确度测试与分析  57-58
  5.4 本章小结  58-59
第6章总结与展望  59-61
参考文献  61-63
致谢  63-65
攻读硕士期间发表的论文  65-67
附录1 流量和温度采集的电路原理图  67-68
附录2 微控制器电路原理图  68-69
附录3 无线传输节点电路原理图  69-70
附录4 MSP430硬件平台  70

超声波远传热量表的设计

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