1、硬件設計框架
超聲波熱量表硬件設計框架如圖2所示。從整個(gè)組成部分來(lái)看，起著(zhù)關(guān)鍵作用的模塊除了主控芯片和測量模塊之外，還要有通信模塊和顯示模塊等輔助模塊。為了切實(shí)提高熱量表的性能，實(shí)現低耗能、高精度的最終目標，在主控芯片和計時(shí)芯片的選擇上，分別選用了超低耗能單片機STM32L152和TDC-GP22，其他輔助配件的選擇也遵循了低耗能、高精度的原則，非常符合設計需求。

2、流量測量及溫度測量電路
流量測量與溫度測量均是通過(guò)時(shí)差法來(lái)間接實(shí)現的，因此在設計發(fā)射電路和接收電路時(shí)，對時(shí)間方面十分重視。在發(fā)射電路的設計上，為了提高超聲波熱量表的電流驅動(dòng)能力，設計人員選用了脈沖發(fā)生器來(lái)制造激勵脈沖，并將脈沖發(fā)生器的兩個(gè)輸出口分別連接驅動(dòng)順流和逆流超聲波換能器，進(jìn)而產(chǎn)生電流驅動(dòng)能力。在設計接收電路時(shí)，考慮到傳播過(guò)程中會(huì )受到密度、溫度、流動(dòng)等多方面因素的影響，使超聲波信號呈現出較大程度衰減。在這種情況下，想要增強接收信號幅值，順利完成傳播任務(wù)，可以利用OPA835將信號放大。該芯片的增益帶寬為30MHz，滿(mǎn)足1MHz超聲波換能器的頻率響應要求。OPA835和TS5A3160在低功耗狀態(tài)下的靜態(tài)電流分別為0.5μA和0.1μA，可以保證整機的低功耗性能。
3、通信模塊電路
在超聲波熱量表中設計通信模塊電路，主要是為了滿(mǎn)足人工紅外抄表的需求。在通信模塊電路的設計方面，為了保證性能達到需求，設計人員在選擇構件時(shí)，選擇了ARM單片機內部定時(shí)器、紅外發(fā)射二極管以及紅外接收芯片HS0038來(lái)實(shí)現38kHz載波通信。就此模塊實(shí)際運行情況來(lái)看，當芯片處于停止工作狀態(tài)的情況下，其自身的靜態(tài)電流為300μA左右。與其他模塊相比，通信模塊電路所消耗的功能要大得多。為了最大程度降低耗能，在設計上，設計人員加設了一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)，主要功能是在設備待機過(guò)程中切斷電源，降低耗能。實(shí)踐證明，采用這種設計方法后，芯片的電流為0.5μA，大幅度降低了功耗。
4、超聲波熱量表的軟件設計
熱量表的軟件設計部分需要實(shí)現的功能有數據通信、液晶顯示、按鍵處理以及流量、溫度和熱量的測量計算。軟件設計與硬件設計二者之間相輔相成，共同實(shí)現超聲波熱量表精度的提升。在軟件設計時(shí)需要注意，熱交換系統本身具有較好的穩定性，所以在具體設計和應用過(guò)程中，只需要每隔5s對其進(jìn)行檢測即可，而且每次測量后系統都會(huì )自動(dòng)轉為低耗能模式。在該模式下，僅RTC和LCD正常工作，其余外設處于低功耗狀態(tài)。CPU在大部分時(shí)間里都處于低功耗狀態(tài)，功耗也隨之大大下降，使超聲波熱量表滿(mǎn)足了成本低、功耗低、使用壽命長(cháng)的要求。與此同時(shí)，通過(guò)硬件與軟件之間的相互配合，測量精度也會(huì )實(shí)現大幅度提升，進(jìn)一步提高了超聲波熱量表的應用價(jià)值。