流量檢測中MSP430單片機的應用分析

　　引言

　　對于傳統流量檢測系統而言，其多數選用的是電磁傳感器，而電磁傳感器易受外界磁場的影響而導致流量計量的不正確，MSP430單片機作為一種超低功耗的16位混合信號處理器，其在流量檢測中的應用得到了越來越廣泛的應用，因此，本文重點就基于MSP430單片機的流量檢測儀的設計進行了研究。

　　1.以MSP430單片機為基礎的流量檢測儀的工作原理分析

　　考慮到流量檢測儀低功耗等方面的特性，控制器選用的為MSP430F149,具體而言，此流量檢測儀的工作原理如下：當液體經過流量檢測儀的過程中，檢測儀內部的旋轉磁盤進行轉動，因而旋轉磁盤上所設置的磁鋼會觸發傳感器，并使其發出極為微弱的電信號，通過將此信號進行逐級放大和濾波之后，信號通過輸出進入到檢測儀的CPU中，CPU計數器對其進行輸入，而后系統周期對脈沖個數進行讀取，并借助于相應的軟件對流量進行計算，后經處理形成所謂的差動信號，此差動信號以脈沖的形式傳送至顯示器中進行顯示，這樣其參數及流量信息可通過MSP430F149的I/O接口進行輸入/輸出。

　　2.基于MSP430單片機的流量檢測儀的設計分析

　　2.1 電路的設計

　　流量檢測儀的控制器采用的是TI公司所生產的MSP430149單片機，通過對流量檢測儀的幾個主要功能模塊進行設計，系統的具體結構如圖1所示。

　　1)溫度檢測模塊，此模塊主要包括了溫度傳感器與差動放大器，此模塊通過溫度傳感器將信號傳送至差送放大器中，信號經放大后輸入至MSP430F149之中，經單片機的A/D轉換口對信息及數據進行相應的處理及保存。本系統所采用的溫度傳感器其熱電阻為PT100.

　　2)流量檢測模塊，此模塊包括流量傳感器與整形電路，當一定量的液體經過傳感器時，傳感器會產生脈沖，這樣，通過所得脈沖數即可進行流量的計算。系統所采用的流量傳感器為WG系列的韋根傳感器，其原理如下：傳感器中的合金材料具有磁性雙穩態功能，這樣受到外磁場激發后，其磁化方向會瞬間進行翻轉，并在檢測線圈中產生電信號，從而實現了磁電之間的轉換。

　　3)通信模塊，此模塊主要包括了NRF-401無線通信電路以及RS485通信接口。對于RS485接口而言，其芯片采用的是TI公司生產的SN75LBC184,其使用的為單一電源VCC,3-5.5V電壓范圍之內均可正常進行工作，并能有效實現TTL到485間的轉換。

　　對于無線串行接口電路而言，其采用的是NRF401無線通訊芯片，并應用了FSK調制解調技術，因此工作過程中的最高速率可達20kb/s.此外，還可對發射功率進行調整，發射過程中的最大功率為+10dBm.

　　4)對于液晶顯示模塊而言，其主要功能即對當前液體的流量進行顯示。

　　2.2 軟件的設計

　　2.2.1 模塊的設計

　　對于流量檢測儀而言，其設計過程某些程序的執行需要通過實際時間來進行調度。而此機制要想實現需要借助于MSP430單片機中所具有的TIMER-A及TIMER-B等實現。根據本系統的設計，需要定時器在32768Hz的條件下每秒進行一次中斷，因此，需要對TIMER-B進行以下方面的設置：

　　將時鐘源定義為ACLK;TBCTL=TBSSEL0+TBCLR

　　允許中斷定時器;TBCCTL0=CCIE

　　將定時器的定時時間設為1s;TBCCR0=0X7FFF

　　在增計數模式進行定時器的工作;

　　TBCTL1=MC0

　　這樣，即可實現定時器1s中1次的中斷服務程序，在此程序中進行相應定時器的設計，以便進行計時相關操作。系統采用了熱電阻PT100.由于MSP430單片機自帶ADC12模塊，因此可將所采集的溫度通過A/D進行轉換。為了對溫度及其他模擬量進行即時處理，系統采用了序列通道多次轉換模式。轉換完成后結果會存放于ADC12MEM之中。

　　對于系統的軟件而言，其包括上層及下層模塊兩部分軟件，其中，上層收到中心命令后可借助于射頻無線通信方式對下層進行命令的發送，并進行計時。若下層無數據返回，一旦超時上層會重新進行命令的發送。若3次以上仍無數據返回，則將被認為下層工作出現異常，并向中心提交異常信號。由于MSP430單片機僅存在一個串口，而上。下層模塊需2個串口，而第2個串口需要借助于定時器A所具有的捕獲/比較功能來實現。

　　2.2.2 無線通信協議

　　系統的通信協議包括3層：一是物理層，主要是通過NRF401模塊實現的;二是數據鏈路層，此層主要負責進行無線數據傳輸的提供;三是應用層，進行數據的發送時，需將此層所傳送來的較長數據幀進行拆分，并進行包頭與校驗和，而后再重新進行打包并發送。

　　由于NRF401靈敏度極高，因此，若無數據的傳輸時，其數據的輸出腳將會存在雜波的輸出，此類雜波將會受到MCU串口的接收和處理。四個字節的0×CC加上一個字節的0×F0可保證數據幀到達之前雙方之間通訊的同步實現。系統協議采用的是兩個字節的幀頭，即兩個0×55,其加上起始和停止位之后，實際過程中發送的將為0101010101,因此可有效保證數據獲得確認。此外，由于十個字節數據后為校驗和，因此采用16位的crc校驗可確保數據傳輸過程的準確性。此時接收方會對crc及校驗和進行比較，若不同說明傳輸過程發生錯誤，此時接收方會講錯誤幀編號進行記錄，待所有數據發送結束后，可返回錯誤編號，并要求重新進行發送。

　　若所有數據均接收正常，則會確認發送正確。

　　3.結語

　　MSP430單片機由于其功耗超低等特點，因而在流量檢測中得到很好的應用。

　　通過基于MSP430單片機的流量檢測儀的設計，根本上解決了傳統流量檢測過程中精度問題以及檢測儀受液體影響而壽命降低等多方面弊端，因而在流量檢測方面具有十分良好的發展前景。