[发明专利]一种极低功耗超声波水表及其工作方法

说明书

本发明公开了一种极低功耗的超声波水表，包括时间数字转换TDC模块、超声波换能器和主控MCU。本发明还公开了一种极低功耗超声波水表工作方法。本发明结构简单，通过尽可能降低主控MCU的运行时间来降低电量的消耗，同时将主控MCU的功能通过低功耗的水流测试周期寄存器reg1、水流测量次数寄存器reg2、时间差门限寄存器reg3、中断状态寄存器reg4和数据缓冲器buf来替代，同时兼顾了能耗与测量精度的矛盾平衡。

技术领域

本发明涉及无线远传超声波水表领域，尤其涉及极低功耗的物联网IOT设备在传统涉水行业的应用等。

背景技术

超声波水表是通过检测超声波声束在水中顺流、逆流传播时因速度发生变化而产生的时差，分析处理得出水的流速，从而进一步计算出水的流量的一种新式水表。其内部无活动配件，不存在磨损导致的计量不准确问题，灵敏度高，可检测到流速的微小变化。同时，对被测介质几乎无要求，具有极宽的量程比，能够解决传统水表小流量不计量的问题。传统超声波水表和其它无线远传水表一样，全电子的水流检测模块和无线远传模块都由电池供电，且行业要求6～8年的使用寿命，这对系统的低功耗提出了极高的要求。由于超声波水表每次对水流速的测量，MCU都要参与，而MCU的功耗要远大于TDC时间数字转换芯片的功耗，造成传统超声波水表的很难达到6～8年寿命这个要求。传统的解决办法是降低采样的频率，使MCU尽可能的长时间休眠。这样的方法虽然能降低部分功耗，但也很难达到要求的使用年限，而且通过降低采样的频率，会导致计量误差较大，不能体现超声波水表的优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前通过降低采样的频率延长使用年限而导致计量误差较大的超声波水表，提供一种极低功耗的超声波水表。

一种极低功耗的超声波水表，包括时间数字转换TDC模块、超声波换能器和主控MCU，

其特征在于，

所述超声波换能器接收和/或发送超声波脉冲，包括沿水流方向前后设置的第一超声波换能器P1和第二超声波换能器P2；

所述时间数字转换TDC模块包括TDC芯片、水流测试周期寄存器reg1、水流测量次数寄存器reg2和数据缓冲器buf，

所述TDC芯片用过检测水流，通过第一超声波换能器P1发出超声波脉冲，在第二超声波换能器P2上接收超声波脉冲，并计算接收到超声波时刻和发送超声波时刻的时间差t₁₂，之后通过第二超声波换能器P2发出超声波脉冲，在第一超声波换能器P1上接收超声波脉冲，并计算接收到超声波时刻和发送超声波时刻的时间差t₂₁，最后获得时间差Δt＝t₂₁-t₁₂，并将时间差Δt发送至所述数据缓冲器buf缓存；

所述水流测试周期寄存器reg1预设测量周期，控制TDC芯片单位时间内检测水流的次数；

所述水流测量次数寄存器reg2预设测量水流次数的门限值并记录TDC芯片测量水流次数，当TDC芯片测量水流次数超过预设测量水流次数的门限值时，所述水流测量次数寄存器reg2产生中断，向主控MCU发出提取全部测量数据信号，触发MCU提取所述数据缓冲器buf缓存的数据；

所述数据缓冲器buf用于存储预设测量周期内所述TDC芯片计算获得的多个时间差Δt；

所述主控MCU配置水流测试周期寄存器reg1的预设测量周期、水流测量次数寄存器reg2的预设测量水流次数的门限值和时间差门限寄存器reg3的预设飞行时间差门限，提取所述数据缓冲器buf中存储的预设测量周期内的多个时间差Δt、所述水流测试周期寄存器reg1预设测量周期和所述水流测量次数寄存器reg2记录的测量水流次数，计算出水管累加流量，获得用水量。

为了获得更好的技术效果，所述时间数字转换TDC模块还包括时间差门限寄存器reg3，所述时间差门限寄存器reg3存储超声波在水管中的预设飞行时间差门限上限值和下限值，