作者简介 ：崔玉玲， 机电工程系，讲师，研究方向为控制工程与控制理论

    摘  要：本论文利用超声波在流动的液体中顺流与逆流的时间差来测量流速，测量芯片 采用TDC－GP2，控制器采用MSP430。此热量表可以避免传统热量表的阻塞问题，实现了与无线抄表系统相接合，可以在无人监管的情况下实现对用户供热信息的监控。

    关键词：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

    本文设计了一种新型的热量表，利用超声波在流动的液体中顺流与逆流的时间差来测量流速，测量芯片利用高速时间数字测量芯片。这种流量计测量精度非常高，可以避免传统热量表的阻塞问题。同时还设计了与外部通信的接口，本表可以与无线抄表系统相接合，因此，本系统可以在无人监管的情况下实现对用户供热信息的监控，系统框图如图1：

               

    1   TI公司MSP430系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，具有16位RISC结构，CPU的16个寄存器和常数发生器使MSP430微控制器能达到最高的代码效率。

    灵活的时钟源可以使器件达到最低的功率消耗。数字控制的振荡器(DCO)可使器件从低功耗模式迅速唤醒，在小于6μs的时间内被激活到正常的工作方式。MSP430系列单片机的16位定时器是应用于工业控制如纹波计数器、数字化电机控制、电表、水表和手持式仪表等的理想配置，其内置的硬件乘法器大大加强了其功能，提高了数据处理能力。

    TDC－GP2是ACAM公司通用TDC系列的新一代产品。它具有更高的精度和更小的封装，尤其适合于低成本的工业应用领域。GP2具有高速脉冲发生器，停止信号使能，温度测量和时钟控制等功能，这些特殊功能模块使得它尤其适合于超声波流量测量和热量测量方面的应用。在TDC-GP2 的内部集成了一个专门用来测量温度的模块，图2所示：

    3　通信的硬件电路

    M-BUS目前是热量表产品中广泛支持的一种通信方式，它是一种可靠、开放、低成本的总线通信方式，网络规模扩展性好，适合做为自动抄表系统中仪表及集中器层次的通信网络。TSS721A是TI推出的一种用于M-BUS从机的专用收发器芯片。其特点如下：①满足国际EN1434-3标准；②具有动态电平识别的接收逻辑；③无极性连接；④支持远程供电，从机可由总线或后备电池供电；⑤支持UART协议；半双工下波特率可达9600b/s；⑥可提供3.3v稳压源。电路图如图3所示。

    4  超声波接收与处理电路

                

    由于本热量表采用电池供电，所以要求放大器的功耗要小。本文采用功耗较低的运放OP37，OP37功耗低，带宽63MHz，供电电流小于2mA。用它组成二级放大电路来对接收到的信号进行放大，具体电路如图4。第一、二级的放大增益分别为20dB，这两级的放大增益为40dB，放大后的信号是不能直接做为GP2的STOP信号，它只能识别脉信号，所以还要对放大了的信号进行处理，把它变成数字信号。由于GP2的测量的是开始信号与结束信号之间的时间差，要求上升沿尽量的陡，所以必须使用高速比较器。本文中采用MAXIM公司的高速比较器MAX9140来实现模拟信号的数字化（如图4）。由于本热量表采用电池供电，所以要求放大器的功耗要小。本文采用功耗较低的运放OP37，OP37功耗低，带宽63MHz，供电电流小于2mA。用它组成二级放大电路来对接收到的信号进行放大，具体电路如图4。第一、二级的放大增益分别为20dB，这两级的放大增益为40dB，放大后的信号是不能直接做为GP2的STOP信号，它只能识别脉信号，所以还要对放大了的信号进行处理，把它变成数字信号。由于GP2的测量的是开始信号与结束信号之间的时间差，要求上升沿尽量的陡，所以必须使用高速比较器。本文中采用MAXIM公司的高速比较器MAX9140来实现模拟信号的数字化（如图5）。