基于MSP430F133單片機(jī)的改進(jìn)型浮子式液位計(jì)

　　圖3所示是本液位計(jì)電路的工作原理圖，當(dāng)測量當(dāng)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(wěn)壓電路給電容C46進(jìn)行恒流限壓充電，以補(bǔ)充斷電后單片機(jī)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(jī)進(jìn)入全速正常工作狀態(tài)，通過測量8只光電耦合器電平可得到碼盤在一個(gè)圓周內(nèi)的具體位置編碼(8bit格雷碼)，再加上正(反)向旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)就可以計(jì)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(jì)，同時(shí)還通過485總線按要求的協(xié)議輸出液位以滿足自動(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(jī)的口線來提供，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(jī)立即將口線切換到合適的電平，并進(jìn)入低功耗狀態(tài)LPM4，此時(shí)CPU的功耗只有0.1μA，碼盤上的磁鐵隨碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)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(jī)引腳電平的變化，MSP430單片機(jī)能在6μs的時(shí)間內(nèi)在低功耗狀態(tài)響應(yīng)這一變化，記錄下變化過程后又立即回到低功耗狀態(tài)以最大限度地節(jié)省電能。研究中發(fā)現(xiàn)，干簧管從吸合狀態(tài)回到斷開狀態(tài)有一個(gè)遲滯過程，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(jī)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(jì)以盡可能大的角速度旋轉(zhuǎn)。假定MSP430F133響應(yīng)并處理一個(gè)外圍中斷的時(shí)間(與中斷程序復(fù)雜程度和時(shí)鐘速度有關(guān))為200μs，則CPU能夠響應(yīng)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(jī)待機(jī)電流最小0.1μA，最大0.25μA，若電容充滿電可保證單片機(jī)在掉電后仍能正常工作一個(gè)月以上。

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

　　液位計(jì)的軟件設(shè)計(jì)也非常簡單，限于篇幅不多贅述，只需注意的是：在進(jìn)入LPM4前將口線置成合適的電平，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)、液晶口線和電源置成低電平，以便使口線不消耗電流，從而使整機(jī)的低功耗得到保證。