基于GP21+Cortex-M3的超低功耗超声波热量表设计

红外通信采用38KHz的载波对通信数据进行调制且有效通信距离大于2m，选用波长为940nm的红外发射管与接收管。供热管理人员可以使用手持红外抄表设备对超声波热量表进行抄表。红外通信电路如图5所示。

图5 红外通信电路

软件设计

超声波热量表方案的软件部分可以划分为3个部分：TDC-GP21的检测计量部分、红外及MBUS的抄表通信部分、按键液晶屏的显示交互部分。

针对TDC-GP21的检测计量软件部分可参考ACAM官方提供技术文档，它提供了TDC-GP21在单次采集的软件配置及实现过程。热量表通过计算超声波上游和下游的时间差，进而通过公式计算得到流量，然后通过对PT1000的测量和计算可以采集得到进水口热水与出水口冷水的温度差。最终通过热量熵积分Q=cmΔt，计算得到热量的值。而在实际采集当中，为了更精确的热量计算值，软件设计者可对非线性参数增加相应的补偿处理。

对于热量表的通信抄表部分的软件设计，软件设计者在实现的红外与MBUS的底层串行通信后，可参考《CJ 188-2004 户用计量仪表数据传输技术条件》上所要求的抄表命令、抄表通信数据帧格式、抄表应答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根据用户的按键操作实现对应的查询数据的显示。对于EFM32TG840的液晶屏控制器底层驱动，软件设计者控制起来非常方便，在执行完LCD控制器的初始化后，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示。综合段码显示内容及用户操作即可实现交互部分的软件设计。

方案优势

基于EFM32TG840与TDC-GP21实现的超声波热量表方案具有的优势包括：

1、相对于传统的8位、16位单片机，EFM32TG840以Cortex-M3为内核，具有更强运算处理能力，使整表的性能得到提升；

2、EFM32TG840与TDC-GP21均具有低功耗的优势，综合使得整机的功耗更低，增长热量表的电池寿命，间接降低了整表对于电池的需求成本；

3、EFM32TG840集成了LCD控制器、RTC，以及它的Flash可用于数据存储功能，使得整体方案的外围元件减少，降低方案成本。

总结

综述上文，以EFM32TG840为主控MCU，TDC-GP21为关键检测元器件而设计的超声波热量表，充分地发挥了EFM32TG840的高性能、低功耗、良好集成度的特点，结合了数字时间转换器TDC-GP21的高精度、低功耗的优势，使得它将成为供暖系统热计量部分的最佳选择。