基于MSP430FW427單片機(jī)的無磁水表設(shè)計(jì)

1 MSP430FW42x單片機(jī)介紹

MSP430FW42x系列單片機(jī)是TI公司針對電子式流量與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)檢測最新開發(fā)的專用MCU芯片，它將超低功耗MCU、旋轉(zhuǎn)掃描接口(SCAN IF)和液晶顯示LCD驅(qū)動(dòng)模塊完美地結(jié)合在一起。該器件的超低功耗結(jié)構(gòu)和流量檢測模塊不僅延長了電池的壽命，同時(shí)還提高了儀表的精度與性能。MSP430FW42x單片機(jī)的典型應(yīng)用包括熱量儀表、熱水和冷水儀表、氣體儀表和工業(yè)流量計(jì)、風(fēng)力計(jì)以及其他旋轉(zhuǎn)檢測應(yīng)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(gòu)成的機(jī)械裝置把流體流動(dòng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)，這種轉(zhuǎn)換能夠?qū)崿F(xiàn)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(zhuǎn)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(shù)，電感位于區(qū)域a時(shí)，回路的阻尼系數(shù)高于電感位于區(qū)域b時(shí)。通過測量諧振回路的不同阻尼系數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)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(qū)域時(shí)的振蕩波形，MSP430FW42x單片機(jī)采用振蕩測試法把不同的衰減幅度轉(zhuǎn)換為數(shù)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(shù)表示為L，傳感器2的減幅系數(shù)表示為H。

2．3 信號處理

隨著葉輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的方向。增計(jì)數(shù)：由狀態(tài)d變化到狀態(tài)a；減計(jì)數(shù)：由狀態(tài)b變化到狀態(tài)a。

3 采用MSP430FW427單片機(jī)設(shè)計(jì)的無磁水表

采用MSP430FW427單片機(jī)設(shè)計(jì)水表具有非常簡單的電路結(jié)構(gòu)，流量測量部分由MSP430FW427單片機(jī)內(nèi)置SCAN IF模塊完成。圖4為采用MSP430FW427單片機(jī)設(shè)計(jì)的無磁水表系統(tǒng)原理框圖。

4 SCAN IF模塊設(shè)計(jì)

SCAN IF模塊能夠在低功耗下自動(dòng)檢測線性或旋轉(zhuǎn)的運(yùn)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(jī)(PSM)和定時(shí)狀態(tài)機(jī)(TSM)。其中模擬前端激勵(lì)傳感器，檢測信號并把信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式；這些數(shù)字信號進(jìn)入信號處理狀態(tài)機(jī)，信號處理狀態(tài)機(jī)根據(jù)這些信號分析并計(jì)數(shù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；定時(shí)狀態(tài)機(jī)控制模擬前端和信號處理狀態(tài)機(jī)。