基于MSP430F133單片機的改進(jìn)型浮子式液位計

　　圖3所示是本液位計電路的工作原理圖，當測量當前液位時(shí)，首先由上位控制器給電路加12V電源，此時(shí)繼電器JD1吸合，一方面由R28、U3組成的穩壓電路給電容C46進(jìn)行恒流限壓充電，以補充斷電后單片機工作所需電能，另一方面將Wake信號由“0”切換到“1”，喚醒單片機進(jìn)入全速正常工作狀態(tài)，通過(guò)測量8只光電耦合器電平可得到碼盤(pán)在一個(gè)圓周內的具體位置編碼(8bit格雷碼)，再加上正(反)向旋轉的圈數就可以計算出實(shí)際液位，也可換算成格雷碼輸出以兼容其它浮子式液位計，同時(shí)還通過(guò)485總線(xiàn)按要求的協(xié)議輸出液位以滿(mǎn)足自動(dòng)測量的要求。6位液晶顯示器用于在本地顯示液位值，其電源由單片機的口線(xiàn)來(lái)提供，目的也是便于在掉電時(shí)關(guān)閉液晶顯示器的電源。

　　一旦外部+12V電源撤去，Wake信號將消失，單片機立即將口線(xiàn)切換到合適的電平，并進(jìn)入低功耗狀態(tài)LPM4，此時(shí)CPU的功耗只有0.1μA，碼盤(pán)上的磁鐵隨碼盤(pán)轉動(dòng)，當磁鐵轉動(dòng)到三只干簧管附近時(shí)，干簧管吸合并立即引起單片機引腳電平的變化，MSP430單片機能在6μs的時(shí)間內在低功耗狀態(tài)響應這一變化，記錄下變化過(guò)程后又立即回到低功耗狀態(tài)以最大限度地節省電能。研究中發(fā)現，干簧管從吸合狀態(tài)回到斷開(kāi)狀態(tài)有一個(gè)遲滯過(guò)程，正好可以防止液位在某一點(diǎn)輕微波動(dòng)時(shí)使干簧管頻繁動(dòng)作，從而避免單片機退出掉電狀態(tài)而消耗額外的電能。在電路板上三只干簧管以120°的間隔均勻地分布在同一圓周上，允許液位計以盡可能大的角速度旋轉。假定MSP430F133響應并處理一個(gè)外圍中斷的時(shí)間(與中斷程序復雜程度和時(shí)鐘速度有關(guān))為200μs，則CPU能夠響應的最大角速度為120°/200μs。在筆者的一個(gè)制作實(shí)例中電路(含干簧管部分)經(jīng)過(guò)了120圈/秒的測試。外圍電路除干簧管在吸合狀態(tài)要吸收3.0V/20M=0.15μA電流外，其余電路均不消耗電流，這樣整機待機電流最小0.1μA，最大0.25μA，若電容充滿(mǎn)電可保證單片機在掉電后仍能正常工作一個(gè)月以上。

　　由于舍棄了機械減速裝置，液位計轉動(dòng)時(shí)只需克服兩只固定軸承的阻力，因此，大大加強了機械靈活性和可靠性。當傳動(dòng)輪周長(cháng)為256mm時(shí)，液位計的分辨率為1mm，能滿(mǎn)足大部分測量要求。圖3中采用16位格雷碼輸出，量程可達65.535m，若用軟件將液位分辨率設置為1cm，則輸出量程可達655.35m，實(shí)際上只要引出線(xiàn)足夠多，量程并沒(méi)有限制，可根據要求做成任意量程的液位計。圖3的電路圖只是原理示意圖，實(shí)際應用中還要考慮抗干擾、野外使用的防雷處理等。

　　液位計的軟件設計也非常簡(jiǎn)單，限于篇幅不多贅述，只需注意的是：在進(jìn)入LPM4前將口線(xiàn)置成合適的電平，如格雷碼輸出置成低電平、485接口芯片U10置成低功耗狀態(tài)、液晶口線(xiàn)和電源置成低電平，以便使口線(xiàn)不消耗電流，從而使整機的低功耗得到保證。