超声波热量表的原理

具体情况建议你可以访问 http://www.sinometer.com.cn/

超声波在热量表上用的是“差速法”来测量流量的。具体原理是：当超声波在水中与水一起流动时会产生一个时间，而与正常速度相比，就会产生一个时间差，利用时间差来算水的流速，再用流速乘以管径，就得到了流量。所以中“差速法”。这种方法要求严格的时序控制，一般超声波的在水中的传播速度为1500米/秒，时序控制电路要以单片机的周期来计算，一般为10-12秒，毫秒级到不到，稍有偏差，则会影响计量。

下面是一个超声波热量表原理图的例子：

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以及超声波换能器和温度传感器外，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Silabs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。GP21本身的测量功耗是否非常低的，在每秒钟一次上下游飞行时间测量的情况下，测量功耗仅为大约2uA左右。

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。GP21在每秒钟一次上下游的时间测量功耗仅为大约2uA：

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_restart ; 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

当然每个通道最多可以进行接受3个脉冲，每次上下游都可以一次获得三个结果

推荐个网站：http://www.china1303.cn/