流量檢測中MSP430單片機的應用分析

　　引言

　　對于傳統流量檢測系統而言，其多數選用的是電磁傳感器，而電磁傳感器易受外界磁場(chǎng)的影響而導致流量計量的不正確，MSP430單片機作為一種超低功耗的16位混合信號處理器，其在流量檢測中的應用得到了越來(lái)越廣泛的應用，因此，本文重點(diǎn)就基于MSP430單片機的流量檢測儀的設計進(jìn)行了研究。

　　1.以MSP430單片機為基礎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：當液體經(jīng)過(guò)流量檢測儀的過(guò)程中，檢測儀內部的旋轉磁盤(pán)進(jìn)行轉動(dòng)，因而旋轉磁盤(pán)上所設置的磁鋼會(huì )觸發(fā)傳感器，并使其發(fā)出極為微弱的電信號，通過(guò)將此信號進(jìn)行逐級放大和濾波之后，信號通過(guò)輸出進(jìn)入到檢測儀的CPU中，CPU計數器對其進(jìn)行輸入，而后系統周期對脈沖個(gè)數進(jìn)行讀取，并借助于相應的軟件對流量進(jìn)行計算，后經(jīng)處理形成所謂的差動(dòng)信號，此差動(dòng)信號以脈沖的形式傳送至顯示器中進(jìn)行顯示，這樣其參數及流量信息可通過(guò)MSP430F149的I/O接口進(jìn)行輸入/輸出。

　　2.基于MSP430單片機的流量檢測儀的設計分析

　　2.1 電路的設計

　　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，通過(guò)對流量檢測儀的幾個(gè)主要功能模塊進(jìn)行設計，系統的具體結構如圖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(guò)溫度傳感器將信號傳送至差送放大器中，信號經(jīng)放大后輸入至MSP430F149之中，經(jīng)單片機的A/D轉換口對信息及數據進(jìn)行相應的處理及保存。本系統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)所得脈沖數即可進(jìn)行流量的計算。系統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，并在檢測線(xiàn)圈中產(chǎn)生電信號，從而實(shí)現了磁電之間的轉換。

　　3)通信模塊，此模塊主要包括了NRF-401無(wú)線(xiàn)通信電路以及RS485通信接口。對于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電壓范圍之內均可正常進(jìn)行工作，并能有效實(shí)現TTL到485間的轉換。

　　對于無(wú)線(xiàn)串行接口電路而言，其采用的是NRF401無(wú)線(xiàn)通訊芯片，并應用了FSK調制解調技術(shù)，因此工作過(guò)程中的最高速率可達20kb/s.此外，還可對發(fā)射功率進(jìn)行調整，發(fā)射過(guò)程中的最大功率為+10dBm.

　　4)對于液晶顯示模塊而言，其主要功能即對當前液體的流量進(jìn)行顯示。

　　2.2 軟件的設計

　　2.2.1 模塊的設計

　　對于流量檢測儀而言，其設計過(guò)程某些程序的執行需要通過(guò)實(shí)際時(shí)間來(lái)進(jìn)行調度。而此機制要想實(shí)現需要借助于MSP430單片機中所具有的TIMER-A及TIMER-B等實(shí)現。根據本系統的設計，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TIMER-B進(jìn)行以下方面的設置：

　　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)間設為1s;TBCCR0=0X7FFF

　　在增計數模式進(jìn)行定時(shí)器的工作;

　　TBCTL1=MC0

　　這樣，即可實(shí)現定時(shí)器1s中1次的中斷服務(wù)程序，在此程序中進(jìn)行相應定時(shí)器的設計，以便進(jìn)行計時(shí)相關(guān)操作。系統采用了熱電阻PT100.由于MSP430單片機自帶ADC12模塊，因此可將所采集的溫度通過(guò)A/D進(jìn)行轉換。為了對溫度及其他模擬量進(jìn)行即時(shí)處理，系統采用了序列通道多次轉換模式。轉換完成后結果會(huì )存放于A(yíng)DC12MEM之中。

　　對于系統的軟件而言，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(xiàn)通信方式對下層進(jìn)行命令的發(fā)送，并進(jìn)行計時(shí)。若下層無(wú)數據返回，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)數據返回，則將被認為下層工作出現異常，并向中心提交異常信號。由于MSP430單片機僅存在一個(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。

　　2.2.2 無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議

　　系統的通信協(xié)議包括3層：一是物理層，主要是通過(guò)NRF401模塊實(shí)現的;二是數據鏈路層，此層主要負責進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數據傳輸的提供;三是應用層，進(jìn)行數據的發(fā)送時(shí)，需將此層所傳送來(lái)的較長(cháng)數據幀進(jìn)行拆分，并進(jìn)行包頭與校驗和，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)數據的傳輸時(shí)，其數據的輸出腳將會(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)字節的0×CC加上一個(gè)字節的0×F0可保證數據幀到達之前雙方之間通訊的同步實(shí)現。系統協(xié)議采用的是兩個(gè)字節的幀頭，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,因此可有效保證數據獲得確認。此外，由于十個(gè)字節數據后為校驗和，因此采用16位的crc校驗可確保數據傳輸過(guò)程的準確性。此時(shí)接收方會(huì )對crc及校驗和進(jìn)行比較，若不同說(shuō)明傳輸過(guò)程發(fā)生錯誤，此時(shí)接收方會(huì )講錯誤幀編號進(jìn)行記錄，待所有數據發(fā)送結束后，可返回錯誤編號，并要求重新進(jìn)行發(fā)送。

　　若所有數據均接收正常，則會(huì )確認發(fā)送正確。

　　3.結語(yǔ)

　　MSP430單片機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用。

　　通過(guò)基于MSP430單片機的流量檢測儀的設計，根本上解決了傳統流量檢測過(guò)程中精度問(wèn)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。