一種節(jié)省電量的超聲波熱量表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉 壯

(西安費(fèi)爾巴斯智能儀表有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119)

一種節(jié)省電量的超聲波熱量表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉 壯

(西安費(fèi)爾巴斯智能儀表有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119)

為了延長超聲波熱量表的使用周期，設(shè)計(jì)了一種能夠自動(dòng)降低功耗的超聲波熱量表。該設(shè)備采用智能測量頻率技術(shù)，即根據(jù)檢測到的流速情況調(diào)節(jié)檢測頻率，從而達(dá)到降低功耗，延長電池壽命的目的，此外還簡單介紹了專門設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘模塊和串口模塊。

超聲波熱量表; 功耗; 采集頻率; 使用壽命

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們對冬季采暖供熱的要求越來越高，人類必須采用更加有效、合理、經(jīng)濟(jì)的低功耗設(shè)計(jì)，以減少供熱過程中造成的能量損失。因此通過建立合理的結(jié)構(gòu)，從而降低電能消耗，延長熱量表的有效使用周期，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的是一種節(jié)省電能的超聲波熱量表[2]，其關(guān)鍵之處是在超聲波熱量表內(nèi)安裝了節(jié)電電子模塊。節(jié)電電子模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊、微處理器模塊和通用接口以及電源模塊，如圖1所示。通用接口用于連接數(shù)據(jù)采集模塊和微處理器模塊。

1.2關(guān)鍵技術(shù)

節(jié)電電子模塊中的電源模塊分別與通用接口和微處理器模塊相連接[3-4]。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用在超聲波熱量表內(nèi)安裝的節(jié)電電子模塊，實(shí)現(xiàn)了在超聲波熱量表的流量傳感器空管或載熱液體長時(shí)間靜止時(shí)，能自動(dòng)延長超聲波熱量表中熱量傳感器和溫度傳感器的采集間隔時(shí)間，從而降低超聲波熱量表的功耗，延長超聲波熱量表內(nèi)置電池的使用壽命，或者降低超聲波熱量表的外部供電電源的能耗。

2 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊(如圖2所示)包括流量傳感器、溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘模塊和串口模塊。流量傳感器用于對超聲波熱量表基表管道內(nèi)的載熱液體流量進(jìn)行測量采集。溫度傳感器有2個(gè)，一個(gè)安裝在超聲波熱量表的管道進(jìn)水端，另一個(gè)安裝在超聲波熱量表的管道回水端，用于測量、采集超聲波熱量表管道內(nèi)的載熱液體溫度。流量傳感器和溫度傳感器采集的模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器調(diào)理電路放大濾波處理后，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。時(shí)鐘模塊用于控制流量傳感器和溫度傳感器的采集頻率。串口模塊用于將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)傳送給微處理器模塊[5]。

圖2 數(shù)據(jù)采集模塊正視圖

3 微處理器模塊設(shè)計(jì)

微處理器模塊(如圖3所示)包括微處理器和存儲(chǔ)器。微處理器用于控制數(shù)據(jù)采集模塊中的時(shí)鐘模塊、流量傳感器和溫度傳感器，定時(shí)進(jìn)行流量和溫度的測量采集。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)串口模塊傳送來的數(shù)字信號(hào)，微處理模塊通過判斷存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制時(shí)鐘模塊中的采集頻率[6]。在非供暖期時(shí)，管道無載熱液體流動(dòng)或者載熱液體長時(shí)間靜止，微處理器在流量傳感器連續(xù)10h檢測到流量不變后，將流量傳感器和溫度傳感器的采集頻率設(shè)為每20s檢測一次，通過降低檢測頻率從而降低功耗，減少用電量。在供暖期時(shí)，流量傳感器檢測到流量發(fā)生改變，微處理器重新將流量傳感器和溫度傳感器的采集頻率恢復(fù)到原來的正常檢測頻率。

圖3 微處理模塊俯視圖

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的超聲波熱量表，功耗低、體積小、智能化程度高，具有綠色環(huán)保的時(shí)代特征。本產(chǎn)品已申報(bào)實(shí)用新型國家專利，國家專利局已經(jīng)受理，專利號(hào)為201320437323.8。這種節(jié)省電能的設(shè)計(jì)理念可以廣泛地應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，具有較高的實(shí)用價(jià)值和良好的應(yīng)用前景。

[1] 王加祥，相征，琚翔．基于CPLD 的高精度時(shí)間間隔測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，2010，36(11) : 62-65．

[2] 嚴(yán)麗平，宋凱．基于ZigBee與GPRS的嵌入式水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2011，32(5):1638-1640.

[3] 呂云峰，馬仁智，金寧．一種用于水質(zhì)監(jiān)測的WSNs節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．傳感器與微系統(tǒng)，2011，30(1): 100-103．

[4] 黎澤倫，黃志誠，黃友均，等.微波水分測量儀的設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40(2)：81-83.

[5] 凌菁，于文霞．一種新型食品水分測定儀的設(shè)計(jì)[J].中國儀器儀表，2013(3)：62-66．

[6] 張存禮．PLC 控制系統(tǒng)的干擾源分析與抗干擾措施[J]. 電氣傳動(dòng)，2007(1):25-36．

TheDevelopmentoftheUltrasonicHeatMeterwithManagingElectricEnergyFunction

LIU Zhuang

( Xi'an Fil Bath Smart Meter Co., Ltd. Shaanxi Xi'an, 710119, China)

It introduces the principle that the intelligent measurement frequency technology can change the measurement interval when the empty pipe in flow sensor (or the heat carrier liquid is static for a long time), presents a novel ultrasonic heat meter to automatically reduce power consumption. Reducing the test frequency can reduce the power consumption and extend the battery life. It describes the detail about data acquisition module, AD converter, clock module and a serial port module. The results show that the ultrasonic heat meter plays a key role in reducing energy consumption and the promotion of green environmental protection.

Ultrasonic Heat Meters; Automatically Reduce Power Consumption; Reduce Collection Frequency; Prolong the Service Life

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.02.018

2013-11-18

劉壯(1961—)，男，上海人，西安費(fèi)爾巴斯智能儀表有限責(zé)任公司工程師，主要從事儀器儀表的開發(fā)、設(shè)計(jì)與傳感器的研究工作。

TH81

B

2095-509X(2014)02-0077-02