跟着日子质量的进步人们关于寓居舒适度的要求，我国北方地区的楼宇建造都将普遍推广热量表到户，用于冬季的暖气供给。自从2009 年起，我国北方进行了供热变革，至今已卓见成效。估计未来几年按热量计费将是北方供暖变革的重要方向。而热量表更是供热体系中的要害部件，它担任热量的核算、记载和数据传送作业。超声波热量表因为其丈量方法无触摸部件，且具有低压降、低能量消耗、丈量精度高的优势，所以它正在逐步替代机械式的热量表，成为北方供热供暖计量计划的首选。
依据Energymicro 公司的32 位Cortex-M3 内核的超低功耗微操控器EFM32 与ACAM公司的高集成度TDC-GP21 芯片推出的超声波热量表计划，能够充分发挥EFM32 的超低功耗与高运算才能的特色及GP21 高精度的丈量才能，它将成为超声波热量表计划中的最优之选。
体系结构
图1 所示，超声波热量表包含超低功耗微操控器EFM32TG840F32、时刻数字转化器TDC-GP21（热敏电阻PT1000、超声波换能器）、LCD 显现液晶屏、操作按键、红外通讯电路及MBUS 通讯电路。整个体系由3.6V 锂电池供电，考虑到TDC-GP21 的供电电压将电压转化为3.3V。
图1 超声波热量表计划框图
硬件规划
1、主控及显现部分
超声波主控MCU 选用EFM32TG840F32，它是依据ARM 公司的32 位Cortex-M3 内核规划而来，比照于传统的8 位、16 位单片机，它具有更高的运算和数据处理才能，更高的代码密度，更低的功耗。实践数据显现，EFM32TG840 在履行32 位乘法运算仅需4 个内核时钟周期，32 位除法运算仅需8 个内核时钟周期，而相应热表上运用的16 位单片机却别离需求50 和465 个时钟周期。而恰恰在时刻数据转化芯片TDC-GP21 上收集得到的数据均是32 位长度，因而在运算和热量核算时均是32 位的数据运算。可见，选用EFM32TG840 能够让超声波热量表有更好的运算功用，然后使得整机能够缩短处在运转核算状况状况，到达下降运转功耗的作用。
EFM32TG840 具有EM0-EM4 共5 种低功耗形式。在EM2 的低功耗形式下，微操控器仍可完成RTC 运转，LEUART、LETIMER 及LESENSE 的通讯或操控功用，而功耗仅需900你A。并且它具有灵敏的唤醒方法和自主作业的PRS 体系，能够由外部I/O、I2C 通讯接口、LEUART 通讯信号等等方法唤醒。
EFM32TG840 集成了8×20 段的LCD 驱动器，满意直接驱动超声波液晶屏的段式液晶屏，而功耗仅为550nA。EFM32TG840 的LCD 驱动器内部集成电压升压功用和比照度调理功用，可完成在芯片内部VCMP 电压比较器监控VDD 电压，分等级敞开LCD 升压及比照度调理，到达LCD 的现象作用杰出，即便体系电池跟着运用时刻添加呈现电压下跌现象。
图2 主控MCU 及显现电路
EFM32TG840 的I/O 能够设置为低功耗形式唤醒及GPIO 中止形式，因而外部操作按钮能够在低功耗条件下完成交互操控动作。
2、TDC-GP21 超声波收集部分
TDC-GP21 是德国ACAM 公司在2011 年11 月底推出的新一代专门针对超声波热量表检测计量所用的数字时刻转化器。TDC-GP21 芯片选用QFN32 封装，除了具有TDC-GP2的功用外，还额定集成了超声波热量表所需求的信号处理模仿部分，例如模仿开关以及低噪声斩波安稳（主动进行温度电压校对）模仿信号比较器。TDC-GP21 温度部分集成了施密特触发器，可直接接上温度传感器和参阅电阻，就能够进行高精度的丈量，丈量的功用远远超越热量表所需的要求。7x32bit 的EEPROM 单元，可用于存储热量表整表的ID 信息及装备寄存器信息。
TDC-GP21 需求两个供电电压，别离是中心电压VCC 和I/O 电压Vio，在本计划中选用了ACAM 引荐的两个供电电压运用相同的电压源进行供电，并添加去耦双通道滤波电路以到达下降体系噪声的作用。其他部分电路例如换能器、PTC 电阻的衔接以及晶体的接法均选用原厂供给的官方参阅电路进行建立。在时钟方面TDC-GP21 将输出32.768KHz 时钟，为EFM32TG840F32 供给低频时钟，可节约主控MCU 的低频晶振。
图3 TDC-GP21 电路图
3、MBUS 通讯部分
超声波热量表经过MBUS（Meter Bus）总线通讯进行主动抄表。现场的热量表可经过MBUS 将数据上传到集中器，然后由集中器或再上一级集中器将数据经过以太网或无线GPRS 通讯模块将数据传输的供暖中心的后台，进行计费及办理。本计划中选用TI 公司的MBUS 芯片为TSS721A。TSS721A 是一种用于外表总线的收发器集成芯片，其内含接口电路能够调理外表总线结构中主从机之间的电平，一起该收发器可由总线供电，对从机不添加功率需求，总线可无极性衔接。TSS721A 的衔接电路如图4 所示。
图4 TSS721A 衔接电路
4、红外通讯部分
依据《CJ/T 188-2004》技能规范文档，超声波热量表红外通讯选用38KHz 的载波对通讯数据进行调制且有用通讯间隔大于2m，选用波长为940nm 的红外发射管与接收管。供热办理人员能够运用手持红外抄表设备对超声波热量表进行抄表。红外通讯电路如图5 所示。
图5 红外通讯电路
软件规划
超声波热量表计划的软件部分能够划分为3 个部分：TDC-GP21 的检测计量部分、红外及MBUS 的抄表通讯部分、按键液晶屏的显现交互部分。
针对TDC-GP21 的检测计量软件部分可参阅ACAM 官方供给技能文档，它供给了TDC-GP21 在单次收集的软件装备及完成进程。热量表经过核算超声波上游和下流的时刻差，从而经过公式核算得到流量，然后经过对PT1000 的丈量和核算能够收集得到进水口热水与出水口冷水的温度差。终究经过热量熵积分Q=cmΔt，核算得到热量的值。而在实践收集傍边，为了更准确的热量核算值，软件规划者可对非线性参数添加相应的补偿处理。
关于热量表的通讯抄表部分的软件规划，软件规划者在完成的红外与MBUS 的底层串行通讯后，可参阅《CJ 188-2004 户用计量外表数据传输技能条件》上所要求的抄表指令、抄表通讯数据帧格局、抄表应对数据要求进行相应的软件编写。
热量表的人机交互软件部分主要是依据用户的按键操作完成对应的查询数据的显现。关于EFM32TG840 的液晶屏操控器底层驱动，软件规划者操控起来十分便利，在履行完LCD操控器的初始化后，向对应的SEG 段寄存器操作对应的数据位，即可将液晶屏上对应的段码点亮显现。归纳段码显现内容及用户操作即可完成交互部分的软件规划。
计划优势
依据EFM32TG840 与TDC-GP21 完成的超声波热量表计划具有的优势包含：
1、相关于传统的8 位、16 位单片机，EFM32TG840 以Cortex-M3 为内核，具有更强运算处理才能，使整表的功用得到提高；
2、EFM32TG840 与TDC-GP21 均具有低功耗的优势，归纳使得整机的功耗更低，增加热量表的电池寿数，直接下降了整表关于电池的需求本钱；
3、EFM32TG840 集成了LCD 操控器、RTC，以及它的Flash 可用于数据存储功用，使得全体计划的外围元件削减，下降计划本钱。
总结
总述上文，以EFM32TG840 为主控MCU，TDC-GP21 为要害检测%&&&&&%而规划的超声波热量表，充分地发挥了EFM32TG840 的高功用、低功耗、杰出集成度的特色，结合了数字时刻转化器TDC-GP21 的高精度、低功耗的优势，使得它将成为供暖体系热计量部分的最佳挑选。
