流量檢測(cè)中MSP430單片機(jī)的應(yīng)用分析

引言

對(duì)于傳統(tǒng)流量檢測(cè)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(chǎng)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(cè)中的應(yīng)用得到了越來(lái)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(cè)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(cè)儀的工作原理分析

考慮到流量檢測(cè)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(cè)儀的工作原理如下：當(dāng)液體經(jīng)過(guò)流量檢測(cè)儀的過(guò)程中，檢測(cè)儀內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，因而旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)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(guò)將此信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)放大和濾波之后，信號(hào)通過(guò)輸出進(jìn)入到檢測(cè)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(guò)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(cè)儀的設(shè)計(jì)分析

2.1 電路的設(shè)計(jì)

流量檢測(cè)儀的控制器采用的是TI公司所生產(chǎn)的MSP430149單片機(jī)，通過(guò)對(duì)流量檢測(cè)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(cè)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(guò)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(cè)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(guò)傳感器時(shí)，傳感器會(huì)產(chǎn)生脈沖，這樣，通過(guò)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(chǎng)激發(fā)后，其磁化方向會(huì)瞬間進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，并在檢測(cè)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(wú)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(wú)線串行接口電路而言，其采用的是NRF401無(wú)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(guò)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(guò)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(cè)儀而言，其設(shè)計(jì)過(guò)程某些程序的執(zhí)行需要通過(guò)實(shí)際時(shí)間來(lái)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(guò)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(wú)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(wú)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(wú)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(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 無(wú)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(guò)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(wú)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(lái)的較長(zhǎng)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(wú)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(lèi)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(guò)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(guò)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(shuō)明傳輸過(guò)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(yǔ)

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

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