使用MSP430FW42X系列單片機實現(xiàn)低功耗無磁傳感水表的設計

MSP30FW42X無磁傳感水表具有功耗低（靜態(tài)電流小于 4 微安）、測量流量范圍寬、精度高、穩(wěn)定性和一致性好的特點，尤其在小流量下亦保持了很高的測量精度，同時絲毫不受各類水銹、雜質(zhì)的影響，特別適合在水質(zhì)較差的供熱環(huán)境下長期使用而不影響測量精度。

一、單片機主要性能

MSP430FW42X系列單片機是 TI 針對電子式流量與旋轉(zhuǎn)運動檢測最新開發(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)動模塊完美地結(jié)合為一體，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，同時還提高了儀表的精度與性能。

MSP430FW42X 除了完全兼容現(xiàn)有 MSP 430F 41x 產(chǎn)品外，還具有以下主要特性：

應用于水、熱和氣體儀表的流量測量的 Scan IF 單元；

高達 96 段的集成 LCD 驅(qū)動程序；

掉電保護功能與電源電壓監(jiān)控器；

兩個多通道脈寬調(diào)制計時器；

可實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的通用模擬比較器 _A 。

二、 系統(tǒng)組成

使用MSP430FW42X開發(fā)的水表、熱量表，系統(tǒng)直接采用內(nèi)部流量掃描模塊（ Scan IF ）不需要外部流量檢測 IC ，直接取代 TMS3723B ，大大簡化了系統(tǒng)硬件設計和軟件設計，并且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使用 MSP430FW42X 開發(fā)的無磁水表系統(tǒng)框圖如下：

圖 1 系統(tǒng)原理框圖

圖 2 實物照片圖

三、測量原理

本方案通過把流體流動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)對流體流量的檢測。采用附有金屬膜的葉輪實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，管道中的流體推動葉輪的不斷旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速直接決定于流體的流速。此機械轉(zhuǎn)動信號經(jīng)無磁非接觸式傳感器將其轉(zhuǎn)化為電信號送至微控制器的 SCAN IF 模塊， SCAN IF模塊計算出 轉(zhuǎn)動（流體流量）和它的方向。

四、 SCAN IF模塊 介紹

SCAN IF 模塊能夠在低功耗下自動檢測線性或旋轉(zhuǎn)的運動。 SCAN IF 模塊由三部分組成：模擬前端 （AFE） 、信號處理狀態(tài)機 （PSM） 、定時狀態(tài)機 （TSM） 。其中模擬前端的主要元器件是一個“ VCC/ 2 ” 發(fā)生器，一個比較器和一個10 位 DAC 。模擬前端用來激勵傳感器，檢測信號電平并把信號轉(zhuǎn)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 計算出轉(zhuǎn)動（流體流量）和它的方向 ；定時狀態(tài)機用來控制模擬前端和信號處理狀態(tài)機。

圖 3 SCAN IF 模塊框圖

五、主要功能

1 、用水量計量

? 總用水量、當月用水量計量；

? 存儲上 12 個月的歷史用水量；

2 、時間管理

? 具有日歷、計時和閏年自動切換功能；

? 日歷、時間設置有防止非授權(quán)人操作的措施；

3 、事件記錄

? 水量記錄

上次購水的時間和購水量、總用水量、剩余水量、上 12 個月的歷史用水量

? 電池管理

電池欠壓記錄和提示

? 人為破壞記錄

拆表記錄

4 、顯示

? 顯示水表的累計流量、剩余水量、本次購水量及水表閥門狀態(tài)、電池狀態(tài)等相關信息；

? 顯示順序及顯示間隔時間可預置；

? 報警及錯誤信息提示；

5 、通訊接口

可在下面三種方式中任選一種。

? IC 卡

? 射頻卡

? M_BUS 遠傳

6 、按鍵操作

根據(jù)用戶基表及表殼決定，可設置顯示按鍵。

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