1、硬件設計框架
超聲波熱量表硬件設計框架如圖2所示。從整個組成部分來看，起著關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。為了切實提高熱量表的性能，實現低耗能、高精度的最終目標，在主控芯片和計時芯片的選擇上，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時差法來間接實現的，因此在設計發射電路和接收電路時，對時間方面十分重視。在發射電路的設計上，為了提高超聲波熱量表的電流驅動能力，設計人員選用了脈沖發生器來制造激勵脈沖，并將脈沖發生器的兩個輸出口分別連接驅動順流和逆流超聲波換能器，進而產生電流驅動能力。在設計接收電路時，考慮到傳播過程中會受到密度、溫度、流動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，可以利用OPA835將信號放大。該芯片的增益帶寬為30MHz，滿足1MHz超聲波換能器的頻率響應要求。OPA835和TS5A3160在低功耗狀態下的靜態電流分別為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，選擇了ARM單片機內部定時器、紅外發射二極管以及紅外接收芯片HS0038來實現38kHz載波通信。就此模塊實際運行情況來看，當芯片處于停止工作狀態的情況下，其自身的靜態電流為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模擬開關，主要功能是在設備待機過程中切斷電源，降低耗能。實踐證明，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，共同實現超聲波熱量表精度的提升。在軟件設計時需要注意，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程中，只需要每隔5s對其進行檢測即可，而且每次測量后系統都會自動轉為低耗能模式。在該模式下，僅RTC和LCD正常工作，其余外設處于低功耗狀態。CPU在大部分時間里都處于低功耗狀態，功耗也隨之大大下降，使超聲波熱量表滿足了成本低、功耗低、使用壽命長的要求。與此同時，通過硬件與軟件之間的相互配合，測量精度也會實現大幅度提升，進一步提高了超聲波熱量表的應用價值。
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