汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽濕度測(cè)量控制系統(tǒng)研究

12位D／A轉(zhuǎn)換模塊：與較早推出的型號(hào)相比，MSP430F15／16x系列單片機(jī)新增了雙12位的D／A轉(zhuǎn)換器，D／A轉(zhuǎn)換器主要用于將單片機(jī)的數(shù)字量輸出轉(zhuǎn)化為實(shí)際的模擬量以控制外接器件。此D／A轉(zhuǎn)換器在使用過(guò)程中可以設(shè)置成8位或12位轉(zhuǎn)換模式。在理想情況下，選擇8位轉(zhuǎn)換模式時(shí)，分辨率為1／256；選擇12位時(shí)，分辨率高達(dá)1／4 096。D／A轉(zhuǎn)換器在定時(shí)器Timer_A的配合下完成控制信號(hào)的輸出。

定時(shí)器Timer_A模塊：MSP430F157單片機(jī)的定時(shí)器是16位計(jì)數(shù)器，具有四種工作模式：停止模式、增計(jì)數(shù)模式、連續(xù)計(jì)數(shù)模式和增／減計(jì)數(shù)模式。通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的定時(shí)器A寄存器可以選擇四種模式之一。而且Timer_A有兩個(gè)中斷向量，即CCR0中斷向量和TAIV中斷向量，其中CCR0是單源中斷向量，具有最高優(yōu)先級(jí)；TAIV是多源中斷向量，優(yōu)先級(jí)較低。在本系統(tǒng)中選擇增計(jì)數(shù)模式，利用CCR0設(shè)置定時(shí)器的中斷頻率，控制采樣時(shí)間。

控制原理：當(dāng)諧振腔由失諧狀態(tài)變化到諧振狀態(tài)時(shí)，輸出功率驟降為零，輸出失諧零信號(hào)，這時(shí)將得到一個(gè)從“1”到“0”的下降沿，使單片機(jī)的Timer_A停止計(jì)數(shù)，輸出保持不變，直到濕度發(fā)生變化，諧振腔由諧振狀態(tài)到失諧狀態(tài)，產(chǎn)生“0”到“1”的上升沿，這時(shí)Timer_A開(kāi)始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到CCR0時(shí)，發(fā)送中斷標(biāo)志，啟動(dòng)D／A轉(zhuǎn)換．如果得到新數(shù)據(jù)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位通知主程序，再等待下個(gè)信號(hào)的到來(lái)。

3.2 器件選擇

MSP430F157的工作電壓為3.3 V，現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)電源無(wú)法提供，另外考慮到系統(tǒng)要求電源具有穩(wěn)壓功能和紋波小、硬件系統(tǒng)功耗低等特點(diǎn)，因此電源部分采用TI公司的。TPS76033或者LM1117。這兩款器件都能很好地滿足硬件系統(tǒng)要求，此外，都具有很小的封裝。能夠有效地節(jié)約PCB面積。

在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)需要復(fù)位電路，復(fù)位電路可以采用RC電路也可以采用復(fù)位器件。RC復(fù)位電路成本低，但可靠性不高；而復(fù)位器件則具有很高的可靠性。為了保證復(fù)位電路的可靠性，該系統(tǒng)采用復(fù)位器件MAX809STR實(shí)現(xiàn)復(fù)位電路。

溫度測(cè)量電路由XTR101器件實(shí)現(xiàn)。XTR101是一款精密、低漂移的雙線變送器，可以將微弱的電壓信號(hào)放大并變換成4 mA～20 mA的電流信號(hào)后，遠(yuǎn)距離傳送。它是由精密的1 mA電流源組成，XTR101的失調(diào)電壓為30μV，溫漂為0.75μV／℃，非線性度為0.01％。

頻率測(cè)量電路：為了簡(jiǎn)化電路，提高集成度，系統(tǒng)頻率測(cè)量部分采用CPLD實(shí)現(xiàn)。

4 軟件設(shè)計(jì)

MSP430系列單片機(jī)的代碼存儲(chǔ)空間從1 kB至60 kB不等。當(dāng)程序量大于8 kB時(shí)，使用匯編語(yǔ)言會(huì)使軟件設(shè)計(jì)工作的效率大大降低。用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，可以大大提高開(kāi)發(fā)調(diào)試工作效率；同時(shí)，所產(chǎn)生的文檔資料也容易理解，便于移植。適用于MSP430系列的C語(yǔ)言與標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言兼容性強(qiáng)。選用美國(guó)IAR公司提供的集成調(diào)試環(huán)境IAR Embedded Workbench和C語(yǔ)言C-SPY調(diào)試器作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它是一種開(kāi)發(fā)不同目標(biāo)處理器應(yīng)用程序的靈活方便的集成環(huán)境，提供了友好的用戶界面和強(qiáng)大的調(diào)試環(huán)境，便于開(kāi)發(fā)MSP430系列單片機(jī)的應(yīng)用程序。MSP430系列單片機(jī)可以利用Workbench，直接下載至片內(nèi)Flash內(nèi)存脫機(jī)運(yùn)行。調(diào)試過(guò)程中可以在上層軟件中看到各寄存器的內(nèi)容并在線修改，支持單步運(yùn)行，可以在線觀察定義的各個(gè)變量實(shí)時(shí)值。采用把所有相關(guān)文件放入一個(gè)項(xiàng)目中的組織方式，編譯運(yùn)行時(shí)軟件會(huì)自動(dòng)將文件按內(nèi)在聯(lián)系自動(dòng)組合在一起，支持C語(yǔ)言編程。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。