GP21_temp_code(new) TDC- 模块测试程序，包含温度 ，时间差 （范围1，双精度等） SCM 单片机开发 254万源代码下载-
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&详细说明：TDC-GP21模块测试程序，包含温度测试，时间差测试（范围1，双精度等）-TDC- GP21 module test program, which involves testing temperature, time difference test (range 1, double precision, etc.)
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&&超​声​波​热​量​表​时​间​芯​片​G​P1​程​序
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应用tdc-gp21的户用超声波热量表设计
    摘要:为解决户用超声波热量表对热量的高精度计量 , 在对户用超声波热量表流量测量方案及工作原理分析基础上 , 提出应用时间数字转换器 tdc-gp21 实现时间和温度的高精度、低功耗测量方案,并且完成了以 msp430 低功耗单片机为核心的系统硬件、软件设计,实现了高精度、低功耗、低成本的户用超声波热量表设计。 该方案所体现的设计思路不仅适用于户用超声波热量表,对其它大口径、大流量超声波热量表同样具有参考意义。引言热量表主要由流量、温度测量和热量积算三个模块构成,而超声波热量表就是应用超声波来实现流量测量的一类热量表。相比其它类型的热量表,它既没有插入式的机械式流量传感器,不会改变测量段流体流动状态、造成前后压力损失;也不是基于电磁感应的测量原理,不易受水中金属和非金属颗粒、杂质的影响;可以说是目前实现流量测量精度最高的一种方案。利用超声波进行流量检测的方法大致可分为传播速度差法、波束偏移法、多普勒法、相关法以及噪声法等。本文讨论的即是传播速度差法中的时差法。它是利用一对安装在测量管段两侧的超声波换能器相互交替(或同时)收发超声波,通过测量并计算出超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测算流体流速和流量的一种间接测量方法。1户用超声波热量表流量测量方案超声波换能器在管道上的安装方式主要有三种:夹装型、插入型和管段型。对于管段型也有 2 种方式,一种是换能器采用z式安装的标准管段,主要适用dn&50mm以上的管道;另一种是&型管段(有称u型管段),主要适用dn&50mm的管道。对于小口径的户用超声波热表,主要采用后一种管段方式,超声波换能器对穿型安装,单声道,如图1所示。图中,d为管段内径,l为两个换能器之间的直线距离,l1为进出口距离通过推导,可以得出体积流量公式为:其中, △t是超声波信号在流体中逆流和顺流的传播时间差;t均是在顺、逆流下的平均传播时间;k 为流量修正系数由式(1)可知,利用&型管段实现体积流量精确测量的关键在于能否精确测量出超声波在两个换能器之间的传递时间。对超声波传递时间的测量,一般有两种方法:一种是脉冲计数法,利用锁相环原理,通过搭建外部电路来实现;另一种是直接利用高精度的计时芯片。对于前一种方法,要想提高时间测量精度,就必须要提高计数脉冲的频率,这往往受到外部硬件电路的制约,不仅难以实现而且成本太高,因此可考虑采用后一种方案。2解决高精度时间测量问题的tdc-gp21tdc-gp21是德国acam公司在2010年11月底推出的新一代时间数字转换器(time-to-digital-converter,tdc)芯片,它是利用信号通过内部逻辑门的传输延迟时间来实现高分辨率的时间间隔测量,用start信号发,用stop信号截止。相比早前推出的tdc-gp2,该芯片在前者的功能基础上,专门针对超声波热量表集成了所需要的模拟信号处理部分,如模拟开关、低噪声斩波稳定(自动进行温度电压校正)的模拟信号比较器,以及温度测量所需的施密特触发器,这可大大降低超声波热量表的开发成本,并且具有更高集成度、更低功耗和更高精度。tdc-gp21有2种测量模式,其中模式2适用于超声流量信号检测,主要技术指标如下:测量时间范围500ns~4只有一个stop通道对应一个start通道;一个通道的典型分辨率为90ps,四分辨率模式可达22每个单独的stop信号都有一个分辨率为10ns的时间调整窗口;模拟输入部分集成了模拟开关、斩波稳定低噪声比较器等;温度测量单元可外接2个或4个pt500、pt1000等传感器;内部集成施密特触发器,应用内部低噪声施密特触发器时可达到0.0015℃的温度测量分辨率;温度间隔30s测量时具有超低工作电流0.08&a;另,脉冲发生器最多可发射127个脉冲,由上升沿或下降沿触发;还有时钟校准单元、低功耗的 32khz 晶振、7&32 位的 e2prom 等。由前面公式(1)的推导过程可知,若使用如图1所示的&型管段时,假设已知d =15mm,l1=114.05mm,当流体流速在0.1485m/s,静态声速c0=1500m/s时,可得到顺逆向的声时差△t&15.05ns,以tdc-gp21典型分辨率90ps计,所得到测量误差将优于0.6%。3热量表硬件设计方案应用时间转换芯片tdc-gp21构建的户用超声波热量表以msp430单片机为核心,系统结构如图2所示:图中主采用的是ti公司生产的16位低功耗单片机msp430fw427。该单片机可工作于1.8v~3.6v电压;有32kb的flash存储器和1kb的有48个i/o口;内置最多96段的lcd驱动器;有自带的比较器和16位定时器,利用它们可构成斜边a/d转换器。msp430 单片机最大的特点是低功耗,该单片机也不例外。它有五种节电模式,在 1mhz、2.2v 的活动模式下,它的工作电流为200&a;在仅维持ram内容的关断模式下的工作电流为0.1&a。msp430fw427另一最大特点是内置scan if模块,常应用于无磁流量测量方案。考虑到方便无磁热量表生产厂家的产品升级与换代,因此在本方案中还是选用了该款单片机。时间数字转换器tdc-gp21是通过spi接口与单片机相连,由于msp430fw427本身不带spi接口,因此需要通过软件模拟的方式实现spi的通讯方式。图 3 是tdc-gp21 外围电路及与msp430单片机的接口电路图。图中超声探头采用的是工作频率为1mhz的超声波换能器,测温探头采用的是pt1000铂电阻。由于tdc-gp21内部集成了专门的温度测量模块,可以外接pt500及以上的铂电阻温度传感器。它是基于通过温度传感器对参考电容的充放电时间来实现温度测量的。如果利用自带的低噪声施密特触发器,测量分辨率可达17.5位,相当于0.0015℃,这足以满足热量表对温度测量的需要。同时它具有极低功耗特性,2个pt1000测量一次温度消耗的电流小于2.5&a,而30s间隔测量一次消耗的平均电流为0.08&a。因此采用内置温度测量模块的方案不仅满足了低功耗的设计需要,也可以降低硬件开发成本。4系统软件系统软件采用模块化结构设计思路,根据功能要求可分为主要模块如下:主程序、初始化模块、中断服务程序模块、按键处理与显示模块、tdc时间测量模块、tdc温度测量模块、计算模块等。其中主程序模块根据进度要求实现对各个功能模块的调度:流量测量每两秒钟进行一次,温度测量每30秒钟进行一次;初始化模块实现对时钟源的分配、输入输出端口的定义、内部控制寄存器、标志寄存器及定时器的初始化、内外存储器的清零等;中断服务程序模块根据i/o中断与定时器中断设置不同的中断标志位;按键处理与显示模块包括正常显示界面程序和与按键相结合的显示界面程序,通过该模块可实现用户及厂家参数设置,如测量管段的物理参数、脉冲输出的单位量值、修正系数等;计算模块包括瞬时流量、累积流量计算和热量、累积热量计算等子模块,为保证计算精度,计算程序采用了6字节的双精度的浮点数运算。其它的功能模块程序包括:热量输出模块、通讯模块、数据备份功能模块、电源监控及报警模块等。图4为主程序流程图,图5为tdc时间测量子程序流程图。图4主程序流程图5结论本文提出的户用超声波热量表中流量测量方案以及应用时间数字转化器tdc-gp21作为流量和温度的主要测量部件,不仅可以解决流量、温度的高精度测量从而实现热量的精度计算,同时也降低了热量表的开发成本。更重要的是在硬件、软件设计过程中所采用的低功耗设计方案切实保证了系统的低功耗运行。本方案所对应的原理样机已完成,目前正做进一步的精度测量研究。本文无抄袭,作者全权负责版权事宜。参考文献[1]鞠文涛.超声波热量表的设计与研发[d].杭州:浙江大学机械与能源工程学院, ,44-47[2]朱登科. tdc-gp21完美适合超声波热量表的解决方案[r].德国acam messelectronic有限公司,2011.[3]acam -messelectronic gmbh.tdc -gp21 datasheet [eb/ol].().http://www.acam.de.[4]ti公司.msp430fw42x datasheet [eb/ol].()..[5]刘宏伟,常佶.户用热量表温度采集模块的设计[j].微计算机信息,:113-114.作者简介:阮越广(1972-),男(汉族),浙江临安人,浙江机电职业技术学院讲师,硕士学历,主要从事智能仪器仪表的教学与研究。biography: ruan yue -guang (1972 - ),male (han ethnic),zhejiang province,zhejiang institute of mechanical & electricalengineering,lecturer,master,mainly engaged in teaching andresearch of intelligent instrument.(310053浙江机电职业技术学院电气电子工程学院)阮越广通讯地址：(310053浙江机电职业技术学院电气电子工程学院)阮越广
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基于msp43和tdc--gp21的超声波热量表设计
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IIIIIIIIIII IIII Y座机电话号码 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：蕴碰数
日 期：丝盘二点递 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名：睦缝挞导师签名：殛拯鱼 日期：型』：篁!兰兰
万方数据 山东大学硕士学位论文 目录 目录…………………………………………．．．……………………………………………………………………i CONTENS……………………………………………………………………………………………………??ii 摘要………………………………………………?……………………………………I ABSTRACT…………………………………………………………………………………………………………“III 第一章绪论………………………………………………………………………．．1 1．1 热量表的研究背景………………………………………………………??1 1．2 热量表的分类及特点……………………………………………………”2 1．3热量表的国内外研究现状…………………………………………………3 1．4课题研究内容
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作者：　发布时间： 13:25:22　来源：　
引言　　我国北方的供热改革自2009年迈出了第一步以来，现在已经真正走上了正轨，预计在未来的几年当中，北方各地也将会加快对于供热计量方面的改革力度，按热量计价收费将会成为今后北方供热供暖方面的一个重点工作。超声波
&&　　如上图所示，给我们最直观的印象就是，整个测量系统所需要的外部元器件非常少，整个结构很紧凑，除了所必需的简单单片机单片机　　单片机是单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer）的简称，是一种将中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）采用超大规模集成电路技术集成到一块硅片上构成的微型计算机系统。 [全文]以及超声波换能器换能器　　换能器是进行声能与其他形式的能量间转换的器件，通常与相关的振动、辐射、散射和类比电路组成转换系统，是决定整个系统性能的关键。 [全文]和温度传感器温度传感器　　温度压力传感器是由温度敏感元件和检测线路组成的。温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，来敏感被测物体温度的变化，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线，从而达到测温的目的。 　　传统的热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器都是将温度值经过一定的接口电路转换后输出模拟电压或电流信号，利用这些电压或电流信号即可进行测量控制。而将模拟温度传感器与数字转换接口电路集成在一起，就成为具有数字输出能力的数字温度传感器。随着半导体技术的迅猛发展，半导体温度传感器与相应的转换电路、接口电路以及各种其它功能电路逐渐集成在一起，形成了功能强大、精确、价廉的数字温度传感器。 [全文]外，外部仅需要2对RC阻容，2个晶振，和一些旁路去藕电阻电容。时间测量上游，下游信号的发射接收以及信号的处理，温度测量等完全在TDC-GP21芯片内部完成，单片机仅需读取TDC-GP21的测量数据，将时间测量结果以及温度测量结果进行热量的转换计算即可。　　在单片机方面，MSP430不再是最好的选择，像Silicon Labs的单片机，Renesas的单片机系列等都可以完全适合热量表的应用。由于GP21的测量低功耗以及完全自动的超声波上下游测量，另外通过GP21的管脚可以提供给出一个超低功耗的32k晶振源，可以直接将这个晶振源提供给单片机。
　　1.3 TDC-GP21应用内部比较器测量效果　　为了验证TDC-GP21的性能，我们应用acam GP21演示系统及威海天罡管段进行了零点稳定性测试，应用GP21内部比较器，每次测量3个脉冲，8次平均后的结果，2.5小时无停止，GP21测量功耗大概为14 uA：&&　　从上图可以看到，上游下游时差零点测量非常稳定，由于应用TDC-GP21内部斩波稳定比较器，时差结果几乎不随时间及温度漂移。　　TDC-GP21应用内部自动上下游时间测量的典型流程：　　Power on Reset， Reg0-Reg6 settings　　Whileloop：　　1. send Reg1 ALU计算（0x8121xxxx） ; 为了每一次计算都写入结果寄存器0 会有中断， 但是这个中断不需要关心　　2.Init TDC 0x70 ; 初始化，上面的中断会自动恢复　　3.send opcodestart_TOF_ 发送自动上下游测量命令　　4.wait INTN ; 判断是否收到中断　　5.read 结果寄存器reg0 ; 从结果寄存器0中读上游时间测量结果　　6.send reg1 ALU计算（0x8121xxxx） ; 下游测量将结果也写到结果寄存器0中，也会有中断，不用关心这个中断　　7.Init TDC 0x70 ; 初始化，上面的中断会自动恢复　　8. wait INTN ; 判断是否收到中断　　9. read结果寄存器reg0 ; 从结果寄存器0中读下游时间测量结果　　End Loop　　2 总结　　TDC-GP21这颗专门为超声波热量表测量所设计的高集成度芯片，将会使超声波热量表的设计进一步简化，降低整体成本，而其高质量的测量性能以及超低的测量功耗，必将成为继TDC-GP2之后成为超声波热量表设计的完美方案。由此，我们可以期待迎来新超声波热量表的时代。&
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