流量檢測中MSP430單片機(jī)的應(yīng)用分析

引言

對(duì)于傳統(tǒng)流量檢測系統(tǒng)而言，其多數(shù)選用的是電磁傳感器，而電磁傳感器易受外界磁場的影響而導(dǎo)致流量計(jì)量的不正確，MSP430單片機(jī)作為一種超低功耗的16位混合信號(hào)處理器，其在流量檢測中的應(yīng)用得到了越來越廣泛的應(yīng)用，因此，本文重點(diǎn)就基于MSP430單片機(jī)的流量檢測儀的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

1.以MSP430單片機(jī)為基礎(chǔ)的流量檢測儀的工作原理分析

考慮到流量檢測儀低功耗等方面的特性，控制器選用的為MSP430F149,具體而言，此流量檢測儀的工作原理如下：當(dāng)液體經(jīng)過流量檢測儀的過程中，檢測儀內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)磁盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，因而旋轉(zhuǎn)磁盤上所設(shè)置的磁鋼會(huì)觸發(fā)傳感器，并使其發(fā)出極為微弱的電信號(hào)，通過將此信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)放大和濾波之后，信號(hào)通過輸出進(jìn)入到檢測儀的CPU中，CPU計(jì)數(shù)器對(duì)其進(jìn)行輸入，而后系統(tǒng)周期對(duì)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行讀取，并借助于相應(yīng)的軟件對(duì)流量進(jìn)行計(jì)算，后經(jīng)處理形成所謂的差動(dòng)信號(hào)，此差動(dòng)信號(hào)以脈沖的形式傳送至顯示器中進(jìn)行顯示，這樣其參數(shù)及流量信息可通過MSP430F149的I/O接口進(jìn)行輸入/輸出。

2.基于MSP430單片機(jī)的流量檢測儀的設(shè)計(jì)分析

2.1 電路的設(shè)計(jì)

流量檢測儀的控制器采用的是TI公司所生產(chǎn)的MSP430149單片機(jī)，通過對(duì)流量檢測儀的幾個(gè)主要功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1)溫度檢測模塊，此模塊主要包括了溫度傳感器與差動(dòng)放大器，此模塊通過溫度傳感器將信號(hào)傳送至差送放大器中，信號(hào)經(jīng)放大后輸入至MSP430F149之中，經(jīng)單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口對(duì)信息及數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理及保存。本系統(tǒng)所采用的溫度傳感器其熱電阻為PT100.

2)流量檢測模塊，此模塊包括流量傳感器與整形電路，當(dāng)一定量的液體經(jīng)過傳感器時(shí)，傳感器會(huì)產(chǎn)生脈沖，這樣，通過所得脈沖數(shù)即可進(jìn)行流量的計(jì)算。系統(tǒng)所采用的流量傳感器為WG系列的韋根傳感器，其原理如下：傳感器中的合金材料具有磁性雙穩(wěn)態(tài)功能，這樣受到外磁場激發(fā)后，其磁化方向會(huì)瞬間進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，并在檢測線圈中產(chǎn)生電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了磁電之間的轉(zhuǎn)換。

3)通信模塊，此模塊主要包括了NRF-401無線通信電路以及RS485通信接口。對(duì)于RS485接口而言，其芯片采用的是TI公司生產(chǎn)的SN75LBC184,其使用的為單一電源VCC,3-5.5V電壓范圍之內(nèi)均可正常進(jìn)行工作，并能有效實(shí)現(xiàn)TTL到485間的轉(zhuǎn)換。

對(duì)于無線串行接口電路而言，其采用的是NRF401無線通訊芯片，并應(yīng)用了FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，因此工作過程中的最高速率可達(dá)20kb/s.此外，還可對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)整，發(fā)射過程中的最大功率為+10dBm.

4)對(duì)于液晶顯示模塊而言，其主要功能即對(duì)當(dāng)前液體的流量進(jìn)行顯示。

2.2 軟件的設(shè)計(jì)

2.2.1 模塊的設(shè)計(jì)

對(duì)于流量檢測儀而言，其設(shè)計(jì)過程某些程序的執(zhí)行需要通過實(shí)際時(shí)間來進(jìn)行調(diào)度。而此機(jī)制要想實(shí)現(xiàn)需要借助于MSP430單片機(jī)中所具有的TIMER-A及TIMER-B等實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要定時(shí)器在32768Hz的條件下每秒進(jìn)行一次中斷，因此，需要對(duì)TIMER-B進(jìn)行以下方面的設(shè)置：

將時(shí)鐘源定義為ACLK;TBCTL=TBSSEL0+TBCLR

允許中斷定時(shí)器;TBCCTL0=CCIE

將定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間設(shè)為1s;TBCCR0=0X7FFF

在增計(jì)數(shù)模式進(jìn)行定時(shí)器的工作;

TBCTL1=MC0

這樣，即可實(shí)現(xiàn)定時(shí)器1s中1次的中斷服務(wù)程序，在此程序中進(jìn)行相應(yīng)定時(shí)器的設(shè)計(jì)，以便進(jìn)行計(jì)時(shí)相關(guān)操作。系統(tǒng)采用了熱電阻PT100.由于MSP430單片機(jī)自帶ADC12模塊，因此可將所采集的溫度通過A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換。為了對(duì)溫度及其他模擬量進(jìn)行即時(shí)處理，系統(tǒng)采用了序列通道多次轉(zhuǎn)換模式。轉(zhuǎn)換完成后結(jié)果會(huì)存放于ADC12MEM之中。

對(duì)于系統(tǒng)的軟件而言，其包括上層及下層模塊兩部分軟件，其中，上層收到中心命令后可借助于射頻無線通信方式對(duì)下層進(jìn)行命令的發(fā)送，并進(jìn)行計(jì)時(shí)。若下層無數(shù)據(jù)返回，一旦超時(shí)上層會(huì)重新進(jìn)行命令的發(fā)送。若3次以上仍無數(shù)據(jù)返回，則將被認(rèn)為下層工作出現(xiàn)異常，并向中心提交異常信號(hào)。由于MSP430單片機(jī)僅存在一個(gè)串口，而上。下層模塊需2個(gè)串口，而第2個(gè)串口需要借助于定時(shí)器A所具有的捕獲/比較功能來實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 無線通信協(xié)議

系統(tǒng)的通信協(xié)議包括3層：一是物理層，主要是通過NRF401模塊實(shí)現(xiàn)的;二是數(shù)據(jù)鏈路層，此層主要負(fù)責(zé)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶峁?三是應(yīng)用層，進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)，需將此層所傳送來的較長數(shù)據(jù)幀進(jìn)行拆分，并進(jìn)行包頭與校驗(yàn)和，而后再重新進(jìn)行打包并發(fā)送。

由于NRF401靈敏度極高，因此，若無數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)，其數(shù)據(jù)的輸出腳將會(huì)存在雜波的輸出，此類雜波將會(huì)受到MCU串口的接收和處理。四個(gè)字節(jié)的0×CC加上一個(gè)字節(jié)的0×F0可保證數(shù)據(jù)幀到達(dá)之前雙方之間通訊的同步實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)協(xié)議采用的是兩個(gè)字節(jié)的幀頭，即兩個(gè)0×55,其加上起始和停止位之后，實(shí)際過程中發(fā)送的將為0101010101,因此可有效保證數(shù)據(jù)獲得確認(rèn)。此外，由于十個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后為校驗(yàn)和，因此采用16位的crc校驗(yàn)可確保數(shù)據(jù)傳輸過程的準(zhǔn)確性。此時(shí)接收方會(huì)對(duì)crc及校驗(yàn)和進(jìn)行比較，若不同說明傳輸過程發(fā)生錯(cuò)誤，此時(shí)接收方會(huì)講錯(cuò)誤幀編號(hào)進(jìn)行記錄，待所有數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后，可返回錯(cuò)誤編號(hào)，并要求重新進(jìn)行發(fā)送。

若所有數(shù)據(jù)均接收正常，則會(huì)確認(rèn)發(fā)送正確。

3.結(jié)語

MSP430單片機(jī)由于其功耗超低等特點(diǎn)，因而在流量檢測中得到很好的應(yīng)用。

通過基于MSP430單片機(jī)的流量檢測儀的設(shè)計(jì)，根本上解決了傳統(tǒng)流量檢測過程中精度問題以及檢測儀受液體影響而壽命降低等多方面弊端，因而在流量檢測方面具有十分良好的發(fā)展前景。