基于MSP430FW427單片機的無磁水表設計

1 MSP430FW42x單片機介紹

MSP430FW42x系列單片機是TI公司針對電子式流量與旋轉運動檢測最新開發(fā)的專用MCU芯片，它將超低功耗MCU、旋轉掃描接口(SCAN IF)和液晶顯示LCD驅動模塊完美地結合在一起。該器件的超低功耗結構和流量檢測模塊不僅延長了電池的壽命，同時還提高了儀表的精度與性能。MSP430FW42x單片機的典型應用包括熱量儀表、熱水和冷水儀表、氣體儀表和工業(yè)流量計、風力計以及其他旋轉檢測應用。

2 流量測量的原理

2.1 基本原理

一個由葉輪或螺旋齒輪構成的機械裝置把流體流動轉換為轉動，這種轉換能夠實現(xiàn)對流體流量的測量。

把一個諧振回路中的電感置于葉輪的上方可以檢測到葉輪的轉動，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，回路的阻尼系數(shù)高于電感位于區(qū)域b時。通過測量諧振回路的不同阻尼系數(shù)，可以實現(xiàn)對轉動的測量。圖1為測量原理示意圖。

2.2 振蕩測試法

圖2給出了2個傳感器位于不同區(qū)域時的振蕩波形，MSP430FW42x單片機采用振蕩測試法把不同的衰減幅度轉換為數(shù)字信號進行測量。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

隨著葉輪轉動，傳感器l和傳感器2的信號隨之不斷改變。圖3給出了兩個傳感器的狀態(tài)變化，如果知道前一個狀態(tài)和新的狀態(tài)，則同時可以得出旋轉的方向。增計數(shù)：由狀態(tài)d變化到狀態(tài)a；減計數(shù)：由狀態(tài)b變化到狀態(tài)a。

3 采用MSP430FW427單片機設計的無磁水表

采用MSP430FW427單片機設計水表具有非常簡單的電路結構，流量測量部分由MSP430FW427單片機內置SCAN IF模塊完成。圖4為采用MSP430FW427單片機設計的無磁水表系統(tǒng)原理框圖。

4 SCAN IF模塊設計

SCAN IF模塊能夠在低功耗下自動檢測線性或旋轉的運動。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(PSM)和定時狀態(tài)機(TSM)。其中模擬前端激勵傳感器，檢測信號并把信號轉換為數(shù)字形式；這些數(shù)字信號進入信號處理狀態(tài)機，信號處理狀態(tài)機根據(jù)這些信號分析并計數(shù)旋轉運動；定時狀態(tài)機控制模擬前端和信號處理狀態(tài)機。