超声波热能表系统设计.doc

1、 毕业设计（论文） 题 目 学 院： 专业班级： 指导教师： 职称 学生姓名： 学 号： 西安工程大学本科毕业设计（论文） I 摘 要 随着 我国 供热 体制的改革 ， 集中 供热系统 的合理性越来越多的受到人们的重视 ， 大力推广分户计量是解决未来我国集中供热问题的有效途径。 分户计量的关键在于热能表。 超声波热能表相比传统的机械式热能表克服了易损坏、精度低等缺点，因此超声波热能表将是今后热能表发展的趋势。 本 文将超声波热能表作为研究内容，基于低功耗 MSP430 单片机， 将 超 声流量测量与温度测量相结合， 采用速差法计算流量，焓差法计算热量 设计 制作 出超声波热能表。 本文主要 利

2、用温度传感器 DS18B20 采集温度，用 TDC-GP2 流量测量芯片 采集流量，将 低功耗 MSP430 单片机 作为主控芯片， 用液晶显示屏LCD1602 实时 显示瞬时流量和累计 热量 ，并 采用 GPRS 无线通讯手段将数据发送给上位机，实现了热能表的 智能化。 经 过软硬件联机调试本设计系统基本达到了预期要求，具有了一定的应用前景。 关键词 ： 超声波 ， 热能表 ， 速差法 ， TDCGP2， M SP430 西安工程大学本科毕业设计（论文） II 西安工程大学本科毕业设计（论文） III ABSTRACT As the reform of heating system in o

3、ur country, the rationality of the central heating system has been paid more and more attention of the people. Vigorously promote household metering is an effective way to solve the problem of the central heating in China. The key to household metering is ultrasonic cheat energy table. Ultrasonic ch

4、eat energy table shows the advantages of no moving parts, high precision, small pressure drop, hard to damage and easy mounting Therefore it becomes the developmental tendency in designing heat meters This paper based on low-power MSP430 single chip microcomputer, combining ultrasonic flow measureme

5、nt and temperature measurement, a domestic used small caliber ultrasonic cheat energy table is perfectly designed, Using speed difference method to calculate flow rate and enthalpy difference method to calculate heat can design the ultrasonic cheat energy table. The purpose of this research is to us

6、e the DS18B20 and TDCGP2, The MSP430 Single chip microcomputer as the master control chip, with a 1602 display instantaneous flow and cumulative temperature. Using GPRS wireless communications to send data to the upper machine realized the intellectualized heat energy table. Through on-line debuggin

7、g the hardware and software design of system has reached the expected requirements and has a certain application prospect. KEYWORDS: ultrasonic, heat energy table, the enthalpy potential method, TDC-GP2, MSP430 西安工程大学本科毕业设计（论文） IV 西安工程大学本科毕业设计（论文） I 目 录 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题研究的背景和意义 . 1 1.2 热能表的国内外研究

8、现状 . 1 1.3 本论文的研究方向及研究进度安排 . 2 1.3.1 本论文的研究方向 . 2 1.3.2 本论文的研究进度安排 . 2 第 2 章 超声波热能表总体设计方案 . 3 2.1 超声波热能表原理 . 3 2.1.1 流量测量原理 . 3 2.1.2 温度测量原理 . 5 2.1.3 热能测量原理 . 6 2.2 系统设计的总体方案 . 7 2.2.1 硬件总体设计 . 7 2.2.2 软件总体设计 . 8 第 3 章 超声波热能表的硬件设计 . 10 3.1 硬件电路的总体设计 . 10 3.1.1 MSP430 单片机简介 . 10 3.1.2 总体电路设计 . 11 3.

9、2 单片机最小系统的设计 . 13 3.2.1 电源电路设计 . 13 3.2.2 复位电路设计 . 14 3.2.3 晶振电路设计 . 14 3.3 流量采集硬件电路设计 . 14 3.3.1 TDC-GP2 时间数字转换器简介 . 14 3.3.2 流量采集硬件电路设计 . 16 3.4 温度采集硬件电路设计 . 18 3.4.1 温度采集传感器 DS18B20 简介 . 18 西安工程大学本科毕业设计（论文） II 3.4.2 基于 DS18B20 的温度采集电路设计 . 19 3.5 显示电路设计 . 19 3.5.1 1602 液晶显示屏简介 . 19 3.5.2 基于 1602 的

10、液晶显示电路 . 21 3.6 通讯电路设计 . 22 3.6.1 上位机简介 . 22 3.6.2 GPRS 无线通讯模块简介 . 22 3.6.3 基于 GPRS 无 线模块的通讯电路设计 . 23 第 4 章 超声波热能表的软件设计 . 24 4.1 软件开发平台 IAR 使用简介 . 24 4.2 主程序设计 . 25 4.3 子程序设计 . 27 4.3.1 流量采集子程序 . 27 4.3.2 温度采集子程序 . 28 4.3.3 数据处理计算子程序 . 29 4.3.4 GPRS 通讯子程序 . 29 4.3.5 显示子程序 . 29 第 5 章 软硬件联机调试 . 31 5.1

11、 软硬件准备中遇到的问题 . 31 5.2 软硬件联机调试步骤 . 31 5.3 调试结果与分析 . 32 第 6 章 方案设计中的误差分析及相关参数的测定 . 33 6.1 误差分析 . 33 6.1.1 几何误差 . 33 6.1.2 声时测量误差 . 33 6.1.3 密度及热焓误差 . 33 6.2 系统设 计中相关参数的测定 . 34 第 7 章 结论与展望 . 35 7.1 结论 . 35 西安工程大学本科毕业设计（论文） III 7.2 展望 . 35 参考文献 . 37 附录 1 硬件原理总图 . 39 附录 2 软件程序清单 . 41 致 谢 . 57 诚信声明 西安工程大学本科毕业设计（论文） IV