CN217845280U - 一种超声波燃气表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波燃气表，属于燃气表领域，用于对燃气进行计量。本申请中包括单片机、时间测量芯片以及两个超声波传感器，时间测量芯片可以计算两路超声波分别从正、逆两个方向在燃气管道中的传播时长，而单片机则可以根据传播时长以及两个超声波传感器之间的预设距离，实现燃气的计量，由于时间测量芯片具备精度高以及集成度高的优点，因此本申请的超声波燃气表具有精度高以及体积小的优点。

Description

一种超声波燃气表

技术领域

本实用新型涉及燃气表领域，特别是涉及一种超声波燃气表。

背景技术

超声波燃气表是一种新型的燃气表，其可以基于超声波技术实现对于燃气流速的测量，从而实现燃气使用量的计量，然而现有技术中缺少一种成熟的超声波燃气表，导致现有技术中的超声波燃气表存在体积大以及成本高等问题。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种超声波燃气表，由于时间测量芯片具备精度高以及集成度高的优点，因此本申请的超声波燃气表具有精度高以及体积小的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种超声波燃气表，包括：

时间测量芯片，用于分别计算第一超声波传感器以及第二超声波传感器发送的超声波在燃气管道中的传播时长；

与所述时间测量芯片连接，串接于所述燃气管道中的第一超声波传感器，用于在所述时间测量芯片的控制下在所述燃气管道中发射超声波，并从所述燃气管道中接收由第二超声波传感器发送的超声波；

与所述时间测量芯片连接，串接于所述燃气管道中的所述第二超声波传感器，用于在所述时间测量芯片的控制下在所述燃气管道中发射超声波，并从所述燃气管道中接收由所述第一超声波传感器发送的超声波；

与所述时间测量芯片连接的处理器，用于根据所述传播时长以及所述第一超声波传感器与所述第二超声波传感器间的预设距离，进行燃气计量。

优选地，该超声波燃气表还包括：

与所述时间测量芯片连接，设置于所述燃气管道指定位置的热敏电阻；

所述时间测量芯片还用于，基于所述热敏电阻采集所述指定位置的温度值，以便所述处理器根据所述传播时长、所述温度值以及所述第一超声波传感器与所述第二超声波传感器间的预设距离，进行燃气计量。

优选地，所述时间测量芯片包括：

时间测量芯片本体；

与所述时间测量芯片本体连接的高速时钟电路，用于为所述时间测量芯片本体提供时钟信号，以便其工作；

与所述时间测量芯片本体连接的晶振电路，用于为所述时间测量芯片本体提供指定频率的电信号，以便其工作。

优选地，该超声波燃气表还包括：

与所述处理器连接的提示器，用于在所述处理器的控制下提示实时的燃气使用量。

优选地，该超声波燃气表还包括：

分别与所述时间测量芯片、所述第一超声波传感器、所述第二超声波传感器、所述处理器、所述热敏电阻以及所述提示器连接的外壳，用于容纳并固定所述时间测量芯片、所述第一超声波传感器、所述第二超声波传感器、所述处理器、所述热敏电阻以及所述提示器。

优选地，所述提示器为显示器。

优选地，所述时间测量芯片为MS1030芯片。

优选地，所述处理器通过串行外设接口SPI总线与所述时间测量芯片连接。

优选地，该超声波燃气表还包括与所述处理器连接的报警器；

所述处理器还用于，在与所述时间测量芯片无法通信时控制所述报警器提示通信故障。

优选地，所述报警器为蜂鸣器。

本实用新型提供了一种超声波燃气表，本申请中包括单片机、时间测量芯片以及两个超声波传感器，时间测量芯片可以计算两路超声波分别从正、逆两个方向在燃气管道中的传播时长，而单片机则可以根据传播时长以及两个超声波传感器之间的预设距离，实现燃气的计量，由于时间测量芯片具备精度高以及集成度高的优点，因此本申请的超声波燃气表具有精度高以及体积小的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种超声波燃气表的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种MS1030芯片的结构示意图；

图3为本实用新型提供的超声波传感器的接线示意图；

图4为本实用新型提供的热敏电阻的接线示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种超声波燃气表，由于时间测量芯片具备精度高以及集成度高的优点，因此本申请的超声波燃气表具有精度高以及体积小的优点。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型提供的一种超声波燃气表的结构示意图，该超声波燃气表包括：

时间测量芯片1，用于分别计算第一超声波传感器2以及第二超声波传感器3发送的超声波在燃气管道中的传播时长；

与时间测量芯片1连接，串接于燃气管道中的第一超声波传感器2，用于在时间测量芯片1的控制下在燃气管道中发射超声波，并从燃气管道中接收由第二超声波传感器3发送的超声波；

与时间测量芯片1连接，串接于燃气管道中的第二超声波传感器3，用于在时间测量芯片1的控制下在燃气管道中发射超声波，并从燃气管道中接收由第一超声波传感器2发送的超声波；

与时间测量芯片1连接的处理器4，用于根据传播时长以及第一超声波传感器2与第二超声波传感器3间的预设距离，进行燃气计量。

具体的，为了提升超声波燃气表的精度并缩小其体积，本申请在超声波燃气表中应用了集成度以及精度均较高的时间测量芯片1，时间测量芯片1可以在处理器4的控制下分别控制两个超声波传感器在燃气管道中发射超声波，并通过其中一个超声波传感器接收另一个超声波传感器发送的超声波，如此一来便能够获得两路超声波在燃气管道中的传播时长，之后处理器4便可以基于该传播时长以及两个超声波传感器质检的预设距离进行燃气流量的计量。

具体的，两个超声波传感器质检的预设距离可以根据实际情况进行自主设定，本实用新型实施例在此不做限定。

其中，当两个超声波传感器发送的超声波对应的传播时长的差值较小时，可以认为彼时的燃气是静止的，也即流量为零，而当该差值大于预设阈值时则表示燃气是流动(正在使用)的，此时可以基于传播时长的差值以及预设距离计算出流速，并通过流速与预设周期计算出该周期内的流量，然后再进行下一周期的计量(也即重新计算流速以及流量)。

具体的，由于本实用新型实施例中的核心为时间测量芯片1，因此重点为时间测量芯片1进行介绍，其中一种称为MS1030芯片的主要优点为：

(1)高精度：MS1030芯片1内部最小精度可达到15ps，给燃气表系统提供了更高的稳定性。

(2)灵活的脉冲发射系统：MS1030芯片1内嵌两个发射单元，用于进行顺流和逆流测量。可以发射各种频率的脉冲信号从而去匹配不同频率的换能器，且脉冲发射个数可调节，至多可以发127个脉冲。

(3)多回波测量：MS1030单次测量最多可以测量8个回波，且可以在芯片内部自动将每个回波的值进行累加，更大程度上提高了系统的精度。

(4)内嵌温度测量模块：MS1030内嵌温度测量模块，可以通过外接热敏电阻从而测量环境温度，为系统做温度补偿提供便利。

(5)内部可设置屏蔽窗口：MS1030内部可以根据用户实际需求，通过寄存器设置合适的屏蔽窗口，避免接收到杂波或干扰信号，可以提高系统准确性。

(6)内置模拟部分：MS1030内置低漂移精密比较器，且内置第一波检测功能，可以在屏蔽窗口的基础上进一步过滤最开始回波幅度较小的波，同时内部的脉宽检测功能可以帮助检测收到的回波的脉宽，当脉冲宽度较小(此时对应回波的幅度过低)时可以进行报警，以便工作人员调整比较器阈值。

(7)低功耗：MS1030为一款低功耗芯片，每30秒测量一次平均功耗0.08ua，可以极大程度上提高燃气表的寿命。

(8)高集成化：MS1030封装为QFN32的形式，与目前市面上常用的TDC-GP22形式的封装管脚顺序完全兼容，可以直接完成硬件替换。

本实用新型提供了一种超声波燃气表，本申请中包括单片机、时间测量芯片以及两个超声波传感器，时间测量芯片可以计算两路超声波分别从正、逆两个方向在燃气管道中的传播时长，而单片机则可以根据传播时长以及两个超声波传感器之间的预设距离，实现燃气的计量，由于时间测量芯片具备精度高以及集成度高的优点，因此本申请的超声波燃气表具有精度高以及体积小的优点。

为了更好地对本实用新型实施例进行说明，请参考图2、图3以及图4，图2为本实用新型提供的一种MS1030芯片的结构示意图，图3为本实用新型提供的超声波传感器的接线示意图，图4为本实用新型提供的热敏电阻的接线示意图，在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，该超声波燃气表还包括：

与时间测量芯片1连接，设置于燃气管道指定位置的热敏电阻；

时间测量芯片1还用于，基于热敏电阻采集指定位置的温度值，以便处理器4根据传播时长、温度值以及第一超声波传感器2与第二超声波传感器3间的预设距离，进行燃气计量。

具体的，由于部分时间测量芯片1(例如MS1030芯片)内嵌温度测量模块，因此可以通过外接热敏电阻从而测量环境温度，为系统做温度补偿提供便利，因此本实用新型实施例中可以在燃气管道指定位置设置与时间测量芯片1连接的热敏电阻，通过时间测量芯片1实现对于燃气管道指定位置的温度值的采集，最后将该温度值传送给处理器4，以便其在燃气流量计量时进行温度补偿。

其中，在利用温度值对燃气流量计量进行温度补偿时所用到的算法可以为多种，本实用新型实施例在此不做限定。

具体的，在图2中，FIRE_UP与FIRE_DOWN为芯片的脉冲发射管脚，用于发射脉冲给到超声波传感器，从而进行顺逆流测量；INTN脚默认输出高电平，当MS1030完成测量时，INTN脚会输出低电平，单片机采集到低电平后通过SPI指令读取数据；PT脚用于测量温度。

其中，超声波燃气表中处理器4的工作流程如下：

(1)进行复位与配置寄存器操作。通过RSTN脚拉低实现硬件复位，再通过SPI口发送0X50命令进行软件复位。完成复位操作后RSTN为高电平，配置寄存器。该操作仅需在系统上电时进行一次，后续连续测量过程中无需进行。

(2)初始化操作。通过SPI口发送0X70命令实现初始化操作。

(3)控制MS1030发射脉冲并接收回波，等待中断。通过发送03测量命令，MS1030会自动发射脉冲给到超声波传感器，并自动完成通道切换，待计算完成后INTN脚会置低。

(4)读取状态寄存器。发送BD命令可以读取状态寄存器，可以通过状态寄存器判断是否发生溢出(未在预设时长内接收到指定数量的回波)且收到的回波数。可以根据这两个参数来对MS1030内部比较器的比较器阈值进行调整，例如在发生溢出的情况下可以通过比较器阈值的调整提升在预设时长内可接收到的回波数量。

(5)读取结果寄存器。若MS1030没有溢出，可以通过发送相应地址指令读取结果寄存器，顺流对应的回波时间对应地址命令为B0—B8(在欲接收到回波的指定数量为8的情况下，B0-B7分别代表自超声波发射时刻起接收到每个回波的耗时，B8则代表B0-B7的总和)，逆流对应的回波时间对应地址命令为C0—C8(在指定数量为8的情况下，C0-C8分别代表自超声波发射时刻起接收到每个回波的耗时，C8则代表C0-C7的总和)。

(6)初始化并发送02温度测量命令。待时间计算完成后，发送70初始化命令和温度测量02命令，启动温度测量。

(7)等待中断后读取对应温度值数据。

(8)根据读取的传播时长数据和温度值数据，做相应的算法计算出流速。

其中，在图3中，左侧的两个白色矩形框分别代表第一超声波传感器2以及第二超声波传感器3，在图4中，TEMP1以及TEMP2分别代表一个连接器，每个连接器可以用于连接一个热敏电阻。

作为一种优选的实施例，时间测量芯片1包括：

时间测量芯片1本体；

与时间测量芯片1本体连接的高速时钟电路，用于为时间测量芯片1本体提供时钟信号，以便其工作；

与时间测量芯片1本体连接的晶振电路，用于为时间测量芯片1本体提供指定频率的电信号，以便其工作。

具体的，高速时钟电路以及晶振电路可以保证时间测量芯片1本体的高精度。

其中，高速时钟电路提供的时钟信号可以为多种频率，例如可以为4M等，晶振的评率可以为多种，例如可以为32.768K等，本实用新型实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，该超声波燃气表还包括：

与处理器4连接的提示器，用于在处理器4的控制下提示实时的燃气使用量。

具体的，为了便于用户实时了解到当前的燃气使用量，本实用新型实施例中的处理器4还可以控制提示器提示实时的燃气使用量。

作为一种优选的实施例，该超声波燃气表还包括：

分别与时间测量芯片1、第一超声波传感器2、第二超声波传感器3、处理器4、热敏电阻以及提示器连接的外壳，用于容纳并固定时间测量芯片1、第一超声波传感器2、第二超声波传感器3、处理器4、热敏电阻以及提示器。

具体的，为了提升超声波燃气表的整体性以及使用寿命，本实用新型实施例中还为超声波燃气表设计了外壳。

其中，外壳的材质可以为多种类型，例如为塑料或者金属等，本实用新型实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，提示器为显示器。

具体的，显示器具有提示效果好以及寿命长等优点。

当然，除了显示器外，提示器还可以为其他多种类型，本实用新型实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，处理器4为单片机。

具体的，单片机具有性能佳、体积小以及成本低等优点。

当然，除了单片机外，处理器4还可以为其他多种类型，本实用新型实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，时间测量芯片1为MS1030芯片。

当然，除了MS1030芯片外，时间测量芯片1还可以为其他多种类型，本实用新型实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，处理器4通过串行外设接口SPI总线与时间测量芯片1连接。

具体的，SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)具有速率高以及稳定性强等优点。

具体的，在图2中，MS1030通过SPI接口与单片机进行通信，共SSN、SCK、MISO以及MOSI四线。

当然，除了SPI外，处理器4与MS1030之间还可以通过其他方式进行通信，本实用新型实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，该超声波燃气表还包括与处理器4连接的报警器；

处理器4还用于，在与时间测量芯片1无法通信时控制报警器提示通信故障。

具体的，考虑到一旦处理器4与时间测量芯片1的通信出现问题，那么整个超声波燃气表便无法正常工作，因此本实用新型实施例中的处理器4可以在与时间测量芯片1无法通信时控制报警器提示通信故障，以便用户及时发现并解决问题。

作为一种优选的实施例，报警器为蜂鸣器。

具体的，蜂鸣器具有体积小、成本低以及寿命长等优点。

当然，除了蜂鸣器外，报警器还可以为其他多种类型，本实用新型实施例在此不做限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种超声波燃气表，其特征在于，包括：

时间测量芯片，用于分别计算第一超声波传感器以及第二超声波传感器发送的超声波在燃气管道中的传播时长；

与所述时间测量芯片连接，串接于所述燃气管道中的第一超声波传感器，用于在所述时间测量芯片的控制下在所述燃气管道中发射超声波，并从所述燃气管道中接收由第二超声波传感器发送的超声波；

与所述时间测量芯片连接，串接于所述燃气管道中的所述第二超声波传感器，用于在所述时间测量芯片的控制下在所述燃气管道中发射超声波，并从所述燃气管道中接收由所述第一超声波传感器发送的超声波；

与所述时间测量芯片连接的处理器，用于根据所述传播时长以及所述第一超声波传感器与所述第二超声波传感器间的预设距离，进行燃气计量。

2.根据权利要求1所述的超声波燃气表，其特征在于，该超声波燃气表还包括：

与所述时间测量芯片连接，设置于所述燃气管道指定位置的热敏电阻；

所述时间测量芯片还用于，基于所述热敏电阻采集所述指定位置的温度值，以便所述处理器根据所述传播时长、所述温度值以及所述第一超声波传感器与所述第二超声波传感器间的预设距离，进行燃气计量。

3.根据权利要求2所述的超声波燃气表，其特征在于，所述时间测量芯片包括：

时间测量芯片本体；

与所述时间测量芯片本体连接的高速时钟电路，用于为所述时间测量芯片本体提供时钟信号，以便所述时间测量芯片工作；

与所述时间测量芯片本体连接的晶振电路，用于为所述时间测量芯片本体提供指定频率的电信号，以便所述时间测量芯片工作。

4.根据权利要求2所述的超声波燃气表，其特征在于，该超声波燃气表还包括：

与所述处理器连接的提示器，用于在所述处理器的控制下提示实时的燃气使用量。

5.根据权利要求4所述的超声波燃气表，其特征在于，该超声波燃气表还包括：

分别与所述时间测量芯片、所述第一超声波传感器、所述第二超声波传感器、所述处理器、所述热敏电阻以及所述提示器连接的外壳，用于容纳并固定所述时间测量芯片、所述第一超声波传感器、所述第二超声波传感器、所述处理器、所述热敏电阻以及所述提示器。

6.根据权利要求5所述的超声波燃气表，其特征在于，所述提示器为显示器。

7.根据权利要求1所述的超声波燃气表，其特征在于，所述时间测量芯片为MS1030芯片。

8.根据权利要求1所述的超声波燃气表，其特征在于，所述处理器通过串行外设接口SPI总线与所述时间测量芯片连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的超声波燃气表，其特征在于，该超声波燃气表还包括与所述处理器连接的报警器；

所述处理器还用于，在与所述时间测量芯片无法通信时控制所述报警器提示通信故障。

10.根据权利要求9所述的超声波燃气表，其特征在于，所述报警器为蜂鸣器。

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