一種基于TDC—GP21的無線熱量采集終端設計

2 無線熱量采集終端的硬件電路設計
2．1 無線熱量采集系統的整體設計方案
基于TDC—GP21的無線熱量采集系統主要分為三個部分：信息采集單元、數據收集顯示單元、中心管理單元，其整體結構如圖2所示。

在該系統中，信息采集單元用來測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檢測區(qū)塊，每個檢測區(qū)塊中的用戶通過ZigBee組網傳輸到數據收集顯示單元，該區(qū)塊中的所有信息采集單元共用一個數據收集顯示單元和一個GPRS通信模塊，這樣可以節(jié)省大量數據收集顯示單元和GPRS通信模塊，降低了系統的安裝費用，同時也節(jié)省了GPRS的通信費用，降低了運行成本。
2．2 無線熱量采集終端的設計
由于無線熱量采集終端是系統獲取信息的部分，因此是系統設計的關鍵。本文采用模塊化的思想設計了無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。其結構框圖如圖3所示。

首先，CC2430通過與TDC—GP21進行通訊，實現對流量信息和進、出水溫度的采集。然后，通過CC2430把流量和溫度信息轉化成用戶消耗的熱量值，并將熱量和累計熱量顯示在液晶屏上。最后通過短距離的無線發(fā)射模塊將熱量信息發(fā)射到數據中繼中心，進而發(fā)送到遠程控制終端，數據的無線傳輸選擇了ZigBee和GPRS相結合的方式。
2．2．1 無線熱量采集終端電路設計
本設計中，通過TDC—GP21芯片來測量進、出水溫度和流量信息。它是德國ACAM公司推出的高精度時間測量芯片，是TDC-GP2的升級產品。芯片的測量精度可達皮秒級，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，通過四線SPI標準接口與單片機通信，具有7×32位的E2PROM，集成度較高，集成了溫度采集、脈沖發(fā)生器及時鐘校準單元等，非常適合低價格超聲波熱量表的應用，外部僅使用一個簡單的單片機就能完成整個系統的設計。其中，進、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、測量準確、穩(wěn)定性好、結構簡單等優(yōu)點，兩個鉑電阻分別安裝在進、出水管道上。流量測量選用超聲波熱量表專用的壓電式超聲波換能器對超聲波在順逆流方向傳播的時間進行測量，這樣既降低了成本又消除了非對稱性電路誤差，在超聲波測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。