工业4.0正在掀起一场工业控制领域的变革,而流量作为现代工业领域中三大重要检测参数之一,对它的精确测量意义重大。超声波流量仪作为一种新型流量仪,相比传统的流量仪有比较明显的优势。超声波流量仪通过超声波测量流速,可以采取外夹式的方法安装换能器,继而实现与被测介质的零接触,不仅可以大大扩大可测量液体的范围,对原本无法测量的一些腐蚀性强、导电性为零、含有放射性的液体进行测量,同时由于换能器不会接触被测流体,可以明显减少对流体流速的影响,提高了精确度。本文在国内外的流量仪设计的基础上,运用了TDC-GP21芯片来进行高精度时间间隔测量,并增加了GSM模块,增强了超声波流量仪的信息传输能力。本文首先介绍了流量仪的发展现状和分类,并着重介绍了超声波流量仪的发展历史和研究现状,以及基于不同原理的超声波测流速的方法。其中,重点介绍了本文的研究对象——基于时差法的超声波流量仪的测量原理以及其中最关键的高精度的时间间隔测量技术。接着介绍了本文中所用到的相关技术,如设计硬件电路所用到的PADS软件,编写、调试单片机程序的Keil uVision4软件等。然后是对整个仪表的总体分析,包括可行性分析、需求分析及功能性分析等。本次课题设计的超声波流量仪,一共有三个最主要的功能模块,首先是系统控制模块,采用STM32F103C8T6单片机为核心,主要功能是完成对流量仪各项功能的控制以及对各种数据的处理;其次是测量模块,以TDC-GP21芯片为核心,主要功能是在单片机的控制下,完成超声波的发射和接收,测量超声波的传播时间,并测量流体温度;最后是输入输出模块,主要功能是通过各种器件,包括RS232、SWD、LCD、蜂鸣器、LED灯等,实现程序的下载、参数的设定、测量结果的输出。系统的软件部分主要是单片机内的控制程序,通过Keil uVision4软件进行编写、调试、烧录,主要包括主程序,测量模块,输入输出模块等。最后,依照上述设计,制作样机,并对样机性能进行测试。因为实验条件的限制,无法测试流量仪的完整功能,只能根据现有条件,对时间测量部分,这一对流量仪的最终测量结果影响最明显的部分,进行测试。