利用MAXQ3210構建水位監測報警系統

　　概述

　　MAXQ3210微控制器是一款功能強大的RISC微控制器，器件所具備的功能和特性使其非常適合電池供電的監控和音頻報警系統。微控制器內部集成了5V至9V穩壓器、壓電揚聲器驅動(dòng)器和模擬比較器，大大降低了系統的元件數量。另外，停機模式、喚醒模式等多種低功耗特性使其在9V電池供電時(shí)能有效延長(cháng)工作時(shí)間。

　　本應用筆記提供了一個(gè)利用MAXQ3210微控制器實(shí)現水位監測及音頻報警的系統，該系統利用礦物質(zhì)對水的電導率的影響來(lái)檢測水位，并在必要時(shí)給出報警信號。本文介紹的方案還不能直接用作最終產(chǎn)品，只是說(shuō)明有效利用MAXQ3210功能的案例。實(shí)例中使用的水位檢測機制并未在極端環(huán)境下進(jìn)行可靠性測試，也沒(méi)有對其長(cháng)期工作的有效性進(jìn)行評估。本應用筆記提供的只是一個(gè)簡(jiǎn)單案例，可以對自來(lái)水進(jìn)行有效的監測。

　　本應用筆記中的程序針對MAXQ3210編寫(xiě)，并進(jìn)行了測試，也可以運行在包含類(lèi)似資源的其它MAXQ器件，如MAXQ3212。例程開(kāi)發(fā)環(huán)境是MAX-IDE 1.0版和MAXQ3210評估板修訂版B版。關(guān)于評估套件的詳細信息，請參見(jiàn)MAXQ3210EVKIT。

　　工作原理

　　本應用筆記將詳細討論MAXQ3210的功能及特性，MAXQ3210的內部比較器允許使用最少外圍器件實(shí)現簡(jiǎn)單的水位監測系統。通過(guò)使用處理器的低功耗休眠模式和喚醒定時(shí)器，使電池供電監測報警系統在絕大部分時(shí)間處于停機模式，只是周期性地喚醒系統檢測水位，判斷是否發(fā)出報警信號。

　　以下部分說(shuō)明MAXQ3210的一些功能及在本應用如何有效利用這些功能，并對這些功能的結構、設置進(jìn)行說(shuō)明。

　　水監測傳感器探頭

　　水監測傳感器探頭如圖1所示，如上所述，該傳感器不是針對最終產(chǎn)品設計的。它由一片塑膠材料固定屏蔽夾子形狀的電極。電極之間的距離可以任選或由具體材料決定。傳感器通過(guò)一個(gè)間距為0.1的4引腳連接器直接連接到MAXQ3210評估板的J4 (引腳9-P0.4、11-P0.5/CMPI和13-P0.6)。1.0M電阻(圖中靠近連接器的導線(xiàn)部分)作為傳感器電極的一個(gè)上拉電阻，該電阻直接焊接到連接器的一個(gè)引腳。

                             圖1. 水監測探頭

                          圖2. 水監測原理圖

　　水監測傳感器探頭與處理器的連接原理圖如圖2所示。傳感器一端連接至MAXQ3210的內部模擬比較器輸入端CMPI，P0.5。該輸入還與1.0M電阻相連，電阻的另一端接處理器的端口引腳，P0.6。軟件將P0.6配置為輸出，并在系統初始化部分將其置為高電平。由于比較器具有高輸入阻抗，這種配置在正常條件下使CMPI接近于VCC (例如，傳感器電極沒(méi)有浸入水中)。傳感器的另一端連接至端口P0.4，P0.4配置為輸出引腳并置為低電平。當兩個(gè)傳感器電極都浸入水中時(shí)，水的電導率強行比較器輸入下拉至地。發(fā)生這種情況時(shí)，比較器輸出CMPO改變。關(guān)于模擬比較器及其工作的詳細信息將在本文的后續內容討論。

　　停機模式的重要性

　　除斷電狀態(tài)外，停機模式是MAXQ3210的最低功耗模式。停機模式下禁止處理器內部環(huán)形振蕩器、喚醒定時(shí)器(如果使能)以外的所有電路工作。片上時(shí)鐘、定時(shí)器和外設電路都將停止工作，程序也會(huì )停止運行。一旦進(jìn)入停機模式，MAXQ3210的絕大部分時(shí)間處于靜止狀態(tài)，其功耗主要由漏電流決定。結合喚醒定時(shí)器使用停機模式，可實(shí)現低功耗工作。 

　　實(shí)際工作環(huán)境下，水位變化非常慢。因此，處理器在絕大部分時(shí)間內可處于停機模式，只需在較長(cháng)的時(shí)間間隔內喚醒一次簡(jiǎn)單的傳感器檢測操作。實(shí)例中，選擇一分鐘作為傳感器的采樣周期。該時(shí)間間隔既不會(huì )錯過(guò)報警，也能夠有效利用處理器的停機狀態(tài)，充分延長(cháng)電池的使用壽命。如果這個(gè)周期對于特定的應用過(guò)長(cháng)或過(guò)短，可將軟件中的喚醒延時(shí)常數(WUDel)改為所要求的數值，然后重新編譯程序。以下喚醒定時(shí)器周期公式給出了這個(gè)時(shí)間間隔的計算方式： 

　　當處理器時(shí)鐘控制寄存器的STOP位，CKCN.4，置1時(shí)，處理器立即進(jìn)入停機模式。如發(fā)生以下任何條件，處理器將退出停機模式： 

　　P1.1/RESET出現低電平有效復位(如果沒(méi)有禁止) 
　　上電復位(如果沒(méi)有禁止) 
　　P0.6/INT出現外部中斷(如果使能) 
　　喚醒定時(shí)器計時(shí)到0(如果使能)及中斷被響應 
　　
　　處理器由于喚醒定時(shí)中斷而退出停機模式不會(huì )影響處理器的配置，其中包括時(shí)鐘控制位設置。外部復位引起的退出停機模式則不同，處理器將恢復到默認上電狀態(tài)。因此，在進(jìn)入停機模式之前，處理器應該初始化為標準工作狀態(tài)，以便在退出停機模式時(shí)恢復到原配置。喚醒定時(shí)器中斷及其中斷服務(wù)程序(ISR)除了使處理器退出停機模式外，還將啟動(dòng)其它系統功能(如，檢測傳感器、使揚聲器發(fā)聲、低電池電壓檢測等)。