一种节省电量的超声波热量表的设计与实现

刘 壮

(西安费尔巴斯智能仪表有限责任公司，陕西 西安 710119)

一种节省电量的超声波热量表的设计与实现

刘 壮

(西安费尔巴斯智能仪表有限责任公司，陕西 西安 710119)

为了延长超声波热量表的使用周期，设计了一种能够自动降低功耗的超声波热量表。该设备采用智能测量频率技术，即根据检测到的流速情况调节检测频率，从而达到降低功耗，延长电池寿命的目的，此外还简单介绍了专门设计的数据采集模块、模数转换器、时钟模块和串口模块。

超声波热量表; 功耗; 采集频率; 使用寿命

随着科学技术的发展以及人们对冬季采暖供热的要求越来越高，人类必须采用更加有效、合理、经济的低功耗设计，以减少供热过程中造成的能量损失。因此通过建立合理的结构，从而降低电能消耗，延长热量表的有效使用周期，具有非常重要的现实意义[1]。

1 总体设计

1.1系统结构

本文设计的是一种节省电能的超声波热量表[2]，其关键之处是在超声波热量表内安装了节电电子模块。节电电子模块包括数据采集模块、微处理器模块和通用接口以及电源模块，如图1所示。通用接口用于连接数据采集模块和微处理器模块。

1.2关键技术

节电电子模块中的电源模块分别与通用接口和微处理器模块相连接[3-4]。

与现有技术相比，利用在超声波热量表内安装的节电电子模块，实现了在超声波热量表的流量传感器空管或载热液体长时间静止时，能自动延长超声波热量表中热量传感器和温度传感器的采集间隔时间，从而降低超声波热量表的功耗，延长超声波热量表内置电池的使用寿命，或者降低超声波热量表的外部供电电源的能耗。

2 数据采集模块设计

数据采集模块(如图2所示)包括流量传感器、温度传感器、模数转换器、时钟模块和串口模块。流量传感器用于对超声波热量表基表管道内的载热液体流量进行测量采集。温度传感器有2个，一个安装在超声波热量表的管道进水端，另一个安装在超声波热量表的管道回水端，用于测量、采集超声波热量表管道内的载热液体温度。流量传感器和温度传感器采集的模拟信号经模数转换器调理电路放大滤波处理后，转变为数字信号。时钟模块用于控制流量传感器和温度传感器的采集频率。串口模块用于将模数转换器输出的数字信号传送给微处理器模块[5]。

图2 数据采集模块正视图

3 微处理器模块设计

微处理器模块(如图3所示)包括微处理器和存储器。微处理器用于控制数据采集模块中的时钟模块、流量传感器和温度传感器，定时进行流量和温度的测量采集。存储器用于存储串口模块传送来的数字信号，微处理模块通过判断存储器中存储的数据，进而控制时钟模块中的采集频率[6]。在非供暖期时，管道无载热液体流动或者载热液体长时间静止，微处理器在流量传感器连续10h检测到流量不变后，将流量传感器和温度传感器的采集频率设为每20s检测一次，通过降低检测频率从而降低功耗，减少用电量。在供暖期时，流量传感器检测到流量发生改变，微处理器重新将流量传感器和温度传感器的采集频率恢复到原来的正常检测频率。

图3 微处理模块俯视图

4 结束语

本文设计的超声波热量表，功耗低、体积小、智能化程度高，具有绿色环保的时代特征。本产品已申报实用新型国家专利，国家专利局已经受理，专利号为201320437323.8。这种节省电能的设计理念可以广泛地应用于多个领域，具有较高的实用价值和良好的应用前景。

[1] 王加祥，相征，琚翔．基于CPLD 的高精度时间间隔测量系统的设计[J]．电子技术应用，2010，36(11) : 62-65．

[2] 严丽平，宋凯．基于ZigBee与GPRS的嵌入式水质监测系统设计[J]．计算机工程与设计，2011，32(5):1638-1640.

[3] 吕云峰，马仁智，金宁．一种用于水质监测的WSNs节点的设计与实现[J]．传感器与微系统，2011，30(1): 100-103．

[4] 黎泽伦，黄志诚，黄友均，等.微波水分测量仪的设计[J]. 农业机械学报，2009，40(2)：81-83.

[5] 凌菁，于文霞．一种新型食品水分测定仪的设计[J].中国仪器仪表，2013(3)：62-66．

[6] 张存礼．PLC 控制系统的干扰源分析与抗干扰措施[J]. 电气传动，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

刘壮(1961—)，男，上海人，西安费尔巴斯智能仪表有限责任公司工程师，主要从事仪器仪表的开发、设计与传感器的研究工作。

TH81

B

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