Design of the Measuring Instrument to the liquid level Based on MSP430 MCU
摘要：本文介紹了以MSP430單片機(jī)為核心構(gòu)成的多路稱重式液位測控儀的組成、原理及硬、軟件設(shè)計方案。系統(tǒng)主要由壓力傳感器、信號處理電路、電磁閥、輸出驅(qū)動電路、漢字液晶顯示器、鍵盤、聲光報警電路、以及MSP430MCU的主機(jī)電路構(gòu)成，實現(xiàn)了全自動液位監(jiān)控、超限報警并具有以主-從站模式聯(lián)網(wǎng)功能。
關(guān)鍵字：液位檢測；主、從站通信；MSP430單片機(jī)；V/F轉(zhuǎn)換；

Abstract: This paper introduced the components, principle and the hardware and software design of the multiplexing measuring and control instrument to the liquid level that is based on MSP430 MCU. This system is made of pressure sensor, signal processing circuit, electromagnetic valve, output driving circuit, Chinese character LCD, keyboard, optic alarm circuit and MSP430MCU, and realized Liquid level automatic monitor, out range alarm and online function.
Keywords: Liquid level measurement；Master-slave communication； MSP430MCU；V/F convert
1引言
液位測控儀是屬于智能化儀器儀表的一種（指采用了微處理器的儀器儀表），其發(fā)展始于70年代[1]。它是一種集測量與控制于一體的智能化產(chǎn)品，適用于石油化工、冶金、電力、制藥、環(huán)保等行業(yè)中各種介質(zhì)的液位測量。本儀器主要針對罐體內(nèi)液體進(jìn)行測量并能計算其重量，適用于對各種液態(tài)物質(zhì)進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)測量與監(jiān)控，并具有超限報警和主-從站模式聯(lián)網(wǎng)功能。
2  系統(tǒng)設(shè)計方案
2.1  液位傳感器的選擇
    一般情況下在液位測量中所采用的傳感器有：壓力傳感器、超聲波傳感器、浮子式傳感器等，由于系統(tǒng)設(shè)計中要求在測量液位的同時還要實現(xiàn)液體重量的檢測。在液罐內(nèi)，液體重量P的檢測可直接利用計算得到，即P=H*S*ρ（H為液體高度CM；S為圓面積M2；ρ為液體比重），因此只有提高液位測試的分辨率才能保證液體重量測試的精度，本系統(tǒng)中液位測試分辨率為1cm。另外，考慮到壓力傳感器接口電路相對采用超聲波傳感器的接口電路要簡單，因此確定采用壓力傳感器。
2.2  MSP430單片機(jī)
    MSP430單片機(jī)為低功耗16位單片機(jī)，具有典型的SOC特點，集成大量外設(shè)。尤其是其內(nèi)部集成的波特率微調(diào)器，可以使MCU在不低于32768HZ的任意晶振（但不能超過MCU對晶振要求的上限）下工作時，其通信波特率的選擇可不受波特率因子不能帶有小數(shù)的限制，即：在波特率的允許范圍內(nèi)可使用任意頻率的晶振[2] [3]。另外，由于MSP430 MCU內(nèi)部集成了溫度傳感器，可以很方便的實現(xiàn)對測液位所用的壓力傳感器的溫度補(bǔ)償。而且MSP430系列單片機(jī)針對不同的應(yīng)用而由各種不同的模塊組成，這些微控制器被設(shè)計為可用電池工作，并且可以使用很長時間。
2.3  模擬信號轉(zhuǎn)換技術(shù)
由于系統(tǒng)的執(zhí)行部件為電磁閥，易產(chǎn)生電磁干擾，因此為能夠可靠的工作必須要使系統(tǒng)具有較高的抗干擾性。
一種方法是直接利用MCU內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器，其特點是：無須外圍電路，采樣速度快，但抗干擾能力較差[4]。
另一種方法是使用V/F變換器來實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。由于V/F變換是利用積分電容的電荷平衡原理實現(xiàn)電壓頻率轉(zhuǎn)換，因此該方式穩(wěn)定性好，分辨率高，信號線少，便于實現(xiàn)光電隔離以提高系統(tǒng)的抗干擾性，但轉(zhuǎn)換速度相對較慢。
考慮到壓力信號是一個緩變信號，一般無須快速采樣，為使系統(tǒng)具有較高的抗干擾性，根據(jù)分析對比，選擇采用V/F變換器來實現(xiàn)對壓力信號的處理，計算處理較簡單，在測量精度方面也能達(dá)到使用要求，并且易于做到實時控制。

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