基于MSP430F133單片機(jī)的改進(jìn)型浮子式液位計(jì)

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在對傳統(tǒng)浮子式液位計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，介紹了采用TI公司MSP430F133單片機(jī)改進(jìn)傳統(tǒng)浮子式液位計(jì)液位測量的方法，給出了具體電路的設(shè)計(jì)方法和軟件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

　　引言

　　為了用較低的成本完成大量程液位的長期可靠測量，筆者利用MSP430單片機(jī)的低功耗特性結(jié)合光電液位的絕對位置測量功能設(shè)計(jì)了一種新型液位計(jì)—磁光液位計(jì)，現(xiàn)簡要介紹如下。

　　1 機(jī)械工作原理

　　本液位計(jì)同普通光電液位計(jì)一樣有一個(gè)光電碼盤(如圖1所示)，碼盤白色部分反射光線，而黑色部分吸收光線，圖2所示的光耦和圖1所示的碼盤間距約2mm，并采用圓心安裝。光耦隨電路板固定在液位計(jì)外殼上，液位變化時(shí)浮子牽引水位輪轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝在同一軸上的碼盤也隨水位輪作圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，碼盤就會(huì)吸收或反射來自光耦的光線，從而使8位光耦根據(jù)碼盤和光耦的相對位置輸出8位格雷碼編碼，傳統(tǒng)的光電液位計(jì)用一個(gè)減速齒輪帶動(dòng)另一個(gè)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)從而獲得高位編碼，而本液位計(jì)摒棄了所有的齒輪減速機(jī)構(gòu)，用安裝角度為120°的三只干簧管來計(jì)算碼盤旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)安裝于其上的磁鐵依次吸合三只干簧管，根據(jù)這一次序就可以判斷液位是以液位上升的方向增加圈數(shù)還是以液位下降的方向減少圈數(shù)。這樣一來單圈的絕對位置可以通過碼盤的編碼得到，而旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)可以由干簧管的吸合次序得到，綜合起來就可以得到液位高程，從而完成液位的測量。

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　　2 MSP430單片機(jī)簡介

　　MSP430系列是TI公司的超低功耗單片機(jī)，它有多種低功耗模式，在LPM4模式時(shí)的典型工作電流僅為0.1μA，并能在6μs內(nèi)響應(yīng)外部中斷;另外它還有特別寬的工作電壓范圍：1.8～3.6V，實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)：常溫下即便電源電壓為1.2V，該器件仍能全速正常工作。MSP430F133的性能特征見表1。

　　表1 MSP430F133的性能特征

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　　設(shè)計(jì)時(shí)選用一只1F的電容來儲(chǔ)存電能，假設(shè)加上12V電源后電路充電電流為100mA，充電時(shí)間為2s，則按0.5μA(實(shí)際放電電流不大于此數(shù)據(jù)值)放電可持續(xù)110小時(shí)。因此只要液位測量間隔不大于110小時(shí)就能保證單片機(jī)在掉電期間正常工作。在本電路中MSP430平時(shí)以內(nèi)部RC振蕩器作為主時(shí)鐘，以鐘表晶體振蕩器(32768Hz)作為通信時(shí)鐘，最高通信速率可達(dá)9600bps，低功耗LPM4時(shí)關(guān)閉所有時(shí)鐘源。