高精度網(wǎng)絡(luò)化超聲波熱量表的研究.pdf

1、在我國建設(shè)節(jié)約型社會的背景下，供暖收費過渡到按熱量計量收費是大勢所趨?，F(xiàn)有的熱量計量系統(tǒng)主要采用傳統(tǒng)的水表技術(shù)，存在計量精度低、使用壽命短、待機時間短以及網(wǎng)絡(luò)通信能力差等缺點，不能滿足熱量計量的高精度、高可靠性、及遠程控制等要求。
　　 本文首先對超聲波熱量表的研究背景及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀做了綜述性分析，對亟待解決的關(guān)鍵問題進行了深入分析。
　　 其次，提出了一種基于渡越時間差法的高精度超聲熱量計量方法，深入系統(tǒng)的分析了超聲

2、波熱量表的工作原理及組成結(jié)構(gòu)，研究了渡越時間差法超聲波流量測量的原理；采用電容充放電法實現(xiàn)溫度測量，并將流量測量和溫度測量統(tǒng)一歸結(jié)為對時間的精確測量。選用高精度的計時芯片TDC-GP2實現(xiàn)了對時間的高精度測量，并選用內(nèi)置ZigBee協(xié)議且基于SOC概念的通訊芯片CC2430實現(xiàn)自動組網(wǎng)、實時通信及網(wǎng)絡(luò)管理。
　　 第三，本文提出將無線電信號處理領(lǐng)域中的AGC回路用于超聲波流量測量系統(tǒng)，建立了AGC回路的數(shù)學模型，提出了基于模型的

3、AGC回路可變增益和穩(wěn)定時間的計算方法，與AGC的硬件電路設(shè)計方法，分析了AGC回路對超聲波流量測量設(shè)備計算過程和性能的影響。通過仿真實驗證明本改進方案可以提高系統(tǒng)接收信號的精度。
　　 第四，為了改善系統(tǒng)對回波信號的處理的精確度，本文將UKF濾波用于超聲波流量測量，提出了使用UKF濾波算法來處理超聲波回波信號，得到回波信號的包絡(luò)線，并且將包絡(luò)模型的參數(shù)作為UKF處理的狀態(tài)向量。并根據(jù)流量測量的特點改進了UKF濾波運算過程，給出

4、了UKF迭代開始及結(jié)束的條件。最后通過仿真實驗證明UKF濾波性能優(yōu)越及能夠快速收斂。
　　 第五，在分析熱量計量原理的基礎(chǔ)上，采用K系數(shù)法對熱量計算過程進行修正，并分析了誤差產(chǎn)生的原因。設(shè)計了超聲波發(fā)射、接收及放大電路，并且針對納秒級時間測量，設(shè)計了時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，提高了熱量表的計量精度。
　　 最后，為了滿足超聲波熱量計量系統(tǒng)長時間獨立工作的要求，在系統(tǒng)設(shè)計中盡可能的采用低功耗的器件及線路的低功耗設(shè)計方案。在論文最后