一種基于TDC—GP21的無(wú)線熱量采集終端設(shè)計(jì)

2 無(wú)線熱量采集終端的硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 無(wú)線熱量采集系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案
基于TDC—GP21的無(wú)線熱量采集系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分：信息采集單元、數(shù)據(jù)收集顯示單元、中心管理單元，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在該系統(tǒng)中，信息采集單元用來(lái)測(cè)量每家每戶的用熱量，即所謂的一戶一表，選擇一棟樓的熱量采集作為一個(gè)檢測(cè)區(qū)塊，每個(gè)檢測(cè)區(qū)塊中的用戶通過(guò)ZigBee組網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)收集顯示單元，該區(qū)塊中的所有信息采集單元共用一個(gè)數(shù)據(jù)收集顯示單元和一個(gè)GPRS通信模塊，這樣可以節(jié)省大量數(shù)據(jù)收集顯示單元和GPRS通信模塊，降低了系統(tǒng)的安裝費(fèi)用，同時(shí)也節(jié)省了GPRS的通信費(fèi)用，降低了運(yùn)行成本。
2．2 無(wú)線熱量采集終端的設(shè)計(jì)
由于無(wú)線熱量采集終端是系統(tǒng)獲取信息的部分，因此是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文采用模塊化的思想設(shè)計(jì)了無(wú)線熱量采集終端的硬件電路，主要包括信息采集電路、液晶顯示電路、電源電路、晶振電路、JTAG電路等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

首先，CC2430通過(guò)與TDC—GP21進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量信息和進(jìn)、出水溫度的采集。然后，通過(guò)CC2430把流量和溫度信息轉(zhuǎn)化成用戶消耗的熱量值，并將熱量和累計(jì)熱量顯示在液晶屏上。最后通過(guò)短距離的無(wú)線發(fā)射模塊將熱量信息發(fā)射到數(shù)據(jù)中繼中心，進(jìn)而發(fā)送到遠(yuǎn)程控制終端，數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸選擇了ZigBee和GPRS相結(jié)合的方式。
2．2．1 無(wú)線熱量采集終端電路設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中，通過(guò)TDC—GP21芯片來(lái)測(cè)量進(jìn)、出水溫度和流量信息。它是德國(guó)ACAM公司推出的高精度時(shí)間測(cè)量芯片，是TDC-GP2的升級(jí)產(chǎn)品。芯片的測(cè)量精度可達(dá)皮秒級(jí)，核心供電電壓為1．8～3．6V，I／O口供電電壓為1．8～5．5V，在核心供電和I／O供電都是3V的情況下，流入高速晶振的電流為130 μA，可使用電池供電，通過(guò)四線SPI標(biāo)準(zhǔn)接口與單片機(jī)通信，具有7×32位的E2PROM，集成度較高，集成了溫度采集、脈沖發(fā)生器及時(shí)鐘校準(zhǔn)單元等，非常適合低價(jià)格超聲波熱量表的應(yīng)用，外部?jī)H使用一個(gè)簡(jiǎn)單的單片機(jī)就能完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中，進(jìn)、出水溫度傳感器選用了精度極高的PT1000鉑電阻，它具有體積小、測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，兩個(gè)鉑電阻分別安裝在進(jìn)、出水管道上。流量測(cè)量選用超聲波熱量表專用的壓電式超聲波換能器對(duì)超聲波在順逆流方向傳播的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，這樣既降低了成本又消除了非對(duì)稱性電路誤差，在超聲波測(cè)量電路中所使用的超聲波的收發(fā)頻率為1MHz，超聲波換能器的功耗一般為5 μA，為了降低對(duì)超聲波傳感器的損傷，將超聲波傳感器安裝在出水管道上，其電路如圖4所示。