基于MSP430FW427的無(wú)磁水表設計

1 MSP430FW42x單片機介紹

    MSP430FW42x系列單片機是TI公司針對電子式流量與旋轉運動(dòng)檢測最新開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用MCU芯片，它將超低功耗MCU、旋轉掃描接口(SCAN IF)和液晶顯示LCD驅動(dòng)模塊完美地結合在一起。該器件的超低功耗結構和流量檢測模塊不僅延長(cháng)了電池的壽命，同時(shí)還提高了儀表的精度與性能。MSP430FW42x的典型應用包括熱量?jì)x表、熱水和冷水儀表、氣體儀表和工業(yè)流量計、風(fēng)力計以及其他旋轉檢測應用。

2 流量測量的原理

2.1 基本原理

    一個(gè)由葉輪或螺旋齒輪構成的機械裝置把流體流動(dòng)轉換為轉動(dòng)，這種轉換能夠實(shí)現對流體流量的測量。

    把一個(gè)諧振回路中的電感置于葉輪的上方可以檢測到葉輪的轉動(dòng)，葉輪的一半敷有銅或其他有阻尼性的金屬。由電感在葉輪上方的位置決定諧振回路的阻尼系數，電感位于區域a時(shí)，回路的阻尼系數高于電感位于區域b時(shí)。通過(guò)測量諧振回路的不同阻尼系數，可以實(shí)現對轉動(dòng)的測量。圖1為測量原理示意圖。

2.2 振蕩測試法

    圖2給出了2個(gè)傳感器位于不同區域時(shí)的振蕩波形，MSP430FW42x采用振蕩測試法把不同的衰減幅度轉換為數字信號進(jìn)行測量。這種方法把圖2中的傳感器1的減幅系數表示為L(cháng)，傳感器2的減幅系數表示為H。

2．3 信號處理

    隨著(zhù)葉輪轉動(dòng)，傳感器l和傳感器2的信號隨之不斷改變。圖3給出了兩個(gè)傳感器的狀態(tài)變化，如果知道前一個(gè)狀態(tài)和新的狀態(tài)，則同時(shí)可以得出旋轉的方向。增計數：由狀態(tài)d變化到狀態(tài)a；減計數：由狀態(tài)b變化到狀態(tài)a。{{分頁(yè)}}

3 采用MSP430FW427設計的無(wú)磁水表

    采用MSP430FW427設計水表具有非常簡(jiǎn)單的電路結構，流量測量部分由MSP430FW427內置SCAN IF模塊完成。圖4為采用MSP430FW427設計的無(wú)磁水表系統原理框圖。

4 SCAN IF模塊設計

    SCAN IF模塊能夠在低功耗下自動(dòng)檢測線(xiàn)性或旋轉的運動(dòng)。SCAN IF模塊如圖5所示，由3部分組成：模擬前端(AFE)、信號處理狀態(tài)機(PSM)和定時(shí)狀態(tài)機(TSM)。其中模擬前端激勵傳感器，檢測信號并把信號轉換為數字形式；這些數字信號進(jìn)入信號處理狀態(tài)機，信號處理狀態(tài)機根據這些信號分析并計數旋轉運動(dòng)；定時(shí)狀態(tài)機控制模擬前端和信號處理狀態(tài)機。

    在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中有關(guān)SCAN IF模塊的設置如下：

(1)SCAN IF的基本設置

　　◇設置SCAN IF的控制寄存器SIFCTLl、SIFCTL2、SIFCTL3、SIFCTL4和SIFCTL5；
　　◇定義P6．x／SIFCH．x引腳為SCANIF模塊功能；
    ◇打開(kāi)“VCC／2”發(fā)生器；
    ◇時(shí)鐘源選擇；
    ◇信號狀態(tài)處理機。{{分頁(yè)}}

(2)規劃時(shí)間狀態(tài)機

    SCAN IF的時(shí)間狀態(tài)機用來(lái)確定測量序列，每一步所需的時(shí)問(wèn)可以精確地調整。通常的測量序列為：確定空閑狀態(tài)；激勵LC傳感器；延時(shí)一定的時(shí)間，此時(shí)測量可以進(jìn)行；打開(kāi)DAC和比較器；測量；停止。

(3)定義DAC的磁滯門(mén)限

    DAC為每個(gè)傳感器的阻尼和非阻尼振蕩器提供磁滯門(mén)限，通過(guò)觀(guān)察每個(gè)傳感器的振蕩曲線(xiàn)和DAC的電壓，調整DAC的磁滯門(mén)限。

(4)信號處理狀態(tài)機

    信號處理狀態(tài)機足一個(gè)可設計的狀態(tài)機，它通過(guò)存儲在MSP430存儲器中的狀態(tài)表得出轉速和方向，向量SIFTPSMV初始指向PSM的狀態(tài)表。

5 SCAN IF模塊初始化程序示例

6 結語(yǔ)

    本文介紹了采用LC振蕩測試法實(shí)現流量測量的工作原理，并根據此原理成功設計了基于MSP430FW427的無(wú)磁水表。由于SCAN IF模塊的設置非常靈活，設計人員完全可以根據自己的實(shí)際情況，對其進(jìn)行合理的設置。MSP430FW427單片機所具有的其他集成外設以及超低功耗運行能力也使我們能夠開(kāi)發(fā)出功能先進(jìn)的儀表。