一种基于TDC―GP21的无线热量采集终端设计

在该系统中，信息采集单元用来测量每家每户的用热量，即所谓的一户一表，选择一栋楼的热量采集作为一个检测区块，每个检测区块中的用户通过ZigBee组网传输到数据收集显示单元，该区块中的所有信息采集单元共用一个数据收集显示单元和一个GPRS通信模块，这样可以节省大量数据收集显示单元和GPRS通信模块，降低了系统的安装费用，同时也节省了GPRS的通信费用，降低了运行成本。
2．2 无线热量采集终端的设计
由于无线热量采集终端是系统获取信息的部分，因此是系统设计的关键。本文采用模块化的思想设计了无线热量采集终端的硬件电路，主要包括信息采集电路、液晶显示电路、电源电路、晶振电路、JTAG电路等。其结构框图如图3所示。

首先，CC2430通过与TDC—GP21进行通讯，实现对流量信息和进、出水温度的采集。然后，通过CC2430把流量和温度信息转化成用户消耗的热量值，并将热量和累计热量显示在液晶屏上。最后通过短距离的无线发射模块将热量信息发射到数据中继中心，进而发送到远程控制终端，数据的无线传输选择了ZigBee和GPRS相结合的方式。
2．2．1 无线热量采集终端电路设计
本设计中，通过TDC—GP21芯片来测量进、出水温度和流量信息。它是德国ACAM公司推出的高精度时间测量芯片，是TDC-GP2的升级产品。芯片的测量精度可达皮秒级，核心供电电压为1．8～3．6V，I／O口供电电压为1．8～5．5V，在核心供电和I／O供电都是3V的情况下，流入高速晶振的电流为130 μA，可使用电池供电，通过四线SPI标准接口与单片机通信，具有7×32位的E2PROM，集成度较高，集成了温度采集、脉冲发生器及时钟校准单元等，非常适合低价格超声波热量表的应用，外部仅使用一个简单的单片机就能完成整个系统的设计。其中，进、出水温度传感器选用了精度极高的PT1000铂电阻，它具有体积小、测量准确、稳定性好、结构简单等优点，两个铂电阻分别安装在进、出水管道上。流量测量选用超声波热量表专用的压电式超声波换能器对超声波在顺逆流方向传播的时间进行测量，这样既降低了成本又消除了非对称性电路误差，在超声波测量电路中所使用的超声波的收发频率为1MHz，超声波换能器的功耗一般为5 μA，为了降低对超声波传感器的损伤，将超声波传感器安装在出水管道上，其电路如图4所示。