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(huì)的背景下，供暖收費(fèi)過渡到按熱量計(jì)量收費(fèi)是大勢(shì)所趨。現(xiàn)有的熱量計(jì)量系統(tǒng)主要采用傳統(tǒng)的水表技術(shù)，存在計(jì)量精度低、使用壽命短、待機(jī)時(shí)間短以及網(wǎng)絡(luò)通信能力差等缺點(diǎn)，不能滿足熱量計(jì)量的高精度、高可靠性、及遠(yuǎn)程控制等要求。
　　 本文首先對(duì)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(duì)亟待解決的關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入分析。
　　 其次，提出了一種基于渡越時(shí)間差法的高精度超聲熱量計(jì)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(shí)間差法超聲波流量測(cè)量的原理；采用電容充放電法實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，并將流量測(cè)量和溫度測(cè)量統(tǒng)一歸結(jié)為對(duì)時(shí)間的精確測(cè)量。選用高精度的計(jì)時(shí)芯片TDC-GP2實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的高精度測(cè)量，并選用內(nèi)置ZigBee協(xié)議且基于SOC概念的通訊芯片CC2430實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)、實(shí)時(shí)通信及網(wǎng)絡(luò)管理。
　　 第三，本文提出將無線電信號(hào)處理領(lǐng)域中的AGC回路用于超聲波流量測(cè)量系統(tǒng)，建立了AGC回路的數(shù)學(xué)模型，提出了基于模型的

3、AGC回路可變?cè)鲆婧头€(wěn)定時(shí)間的計(jì)算方法，與AGC的硬件電路設(shè)計(jì)方法，分析了AGC回路對(duì)超聲波流量測(cè)量設(shè)備計(jì)算過程和性能的影響。通過仿真實(shí)驗(yàn)證明本改進(jìn)方案可以提高系統(tǒng)接收信號(hào)的精度。
　　 第四，為了改善系統(tǒng)對(duì)回波信號(hào)的處理的精確度，本文將UKF濾波用于超聲波流量測(cè)量，提出了使用UKF濾波算法來處理超聲波回波信號(hào)，得到回波信號(hào)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(cè)量的特點(diǎn)改進(jìn)了UKF濾波運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(jì)量原理的基礎(chǔ)上，采用K系數(shù)法對(duì)熱量計(jì)算過程進(jìn)行修正，并分析了誤差產(chǎn)生的原因。設(shè)計(jì)了超聲波發(fā)射、接收及放大電路，并且針對(duì)納秒級(jí)時(shí)間測(cè)量，設(shè)計(jì)了時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，提高了熱量表的計(jì)量精度。
　　 最后，為了滿足超聲波熱量計(jì)量系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)立工作的要求，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中盡可能的采用低功耗的器件及線路的低功耗設(shè)計(jì)方案。在論文最后