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1、 项目设计 主题：MSP430F5438单片机在自动恒压供水系统中地应用完成时间： 2013.10.30 学生姓名： 刘天月 指导教师： 王庐山 【摘要】：（中英文）在自来水供水系统中,恒压供水是系统设计时考虑地一个重要环节.本文通过MSP430系列单片机作为主控制器,组建并实现了恒压自动调节供水系统,给出了系统工作原理与结构图,阐述了各功能模块地主要功能.该系统地成功之处在自来水公司供水控制系统中有一定地使用与推广价值.资料个人收集整理，勿做商业用途【关键词】：恒压供水、MSP430F5438单片机、自来水【 abstract 】 : In the tap water supply syst
2、em, constant pressure water supply system is considered an important part in design. As the main controller based on MSP430 series SCM(Single chip microcomputer), form and realize the constant pressure automatically adjust the water supply system, gives the system working principle and structure, ex
3、pounds the main functions of each function-module. The success of the system in tap water company water supply control system has a certain use and popularization value.资料个人收集整理，勿做商业用途【 key words 】 : Constant pressure water supply, MSP430F5438 microcontroller, Tap water资料个人收集整理，勿做商业用途 MSP430F5438单片机
4、恒压供水设计25一.引言2二.MSP430F5438单片机简介2三.自动恒压变频供水器设计31.工作原理32.单片机控制设计42.1硬件设计42.1.1 自动恒压供水系统结构框图42.1.2 核心板电路分析52.1.3 IPM变频驱动水泵电路分析52.1.4 AD采集水压电路分析52.1.5 压力及流量检测电路分析62.2软件设计62.2.1 主程序流程图72.2.2 编程思想7四结束语7五.附程序清单8一. 引言 水是生命之源,人类生存和发展都离不开水.在通常地城市及乡镇供水中,基本上都是靠供水站地电动机带动离心水泵,产生压力使管网中地自来水流动,把供水管网中地自来水送给用户.但供水机泵供水
5、地同时,也消耗大量地能量,如果能在提高供水机泵地效率、确保供水机泵地可靠稳定运行地同时,降低能耗,将具有重要经济意义.我国供水机泵地特点是数量大、范围广、类型多,在工程规模上也有一定水平,但在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比,还有一定地差距.资料个人收集整理，勿做商业用途随着城市化建设规模地逐步扩大以及生活水平地不断提高,人们对自来水公司供水地可靠性要求越来越高,尤其是供水水压方面地要求,人们通常都希望水压能够稳定恒压.由于人工方法不够智能,很难做到实时性调节水压,因此,在现今地供水系统中,传统地人工调节阀门地方法已经逐渐被自动化地设备所取代.如何保证恒压供水,使供水
6、时随用户需求量地变化,供水系统都能够实时地进行自动调节供水量保证水压地恒定,成为重要地问题.本文通过MSP430F5438单片机调节,实时自动控制水泵电机地转速,使管网供水口地水压始终保持在预订地值上,从而达到恒压供水地目地.资料个人收集整理，勿做商业用途二. MSP430F5438单片机简介MSP430系列单片机是美国德州仪器公司研发地一款16位超低功耗单片机3,因为其具有精简指令集地混合信号处理器,所以称之为混合信号处理器.该系列单片机具有如下特点:资料个人收集整理，勿做商业用途l 处理能力强MSP430系列单片机是一个16位地单片机,采用了精简指令集（RISC）结构,具有丰富地寻址方式（
7、7 种源操作数寻址、4 种目地操作数寻址）、简洁地 27 条内核指令以及大量地模拟指令；大量地寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效地查表处理指令.这些特点保证了可编制出高效率地源程序.资料个人收集整理，勿做商业用途l 运算速度快MSP430 系列单片机能在25MHz晶体地驱动下,实现40ns地指令周期.16位地数据宽度、40ns地指令周期以及多功能地硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合,能实现数字信号处理地某些算法（如 FFT 等）.资料个人收集整理，勿做商业用途l 超低功耗MSP430 单片机之所以有超低地功耗,是因为其在降低芯片地电源电压和灵活而可控地运行时钟方面都有其独到之处
8、.首先,MSP430 系列单片机地电源电压采用地是1.8-3.6V 电压.因而可使其在1MHz 地时钟条件下运行时,芯片地电流最低会在165A左右,RAM 保持模式下地最低功耗只有0.1A.其次,独特地时钟系统设计.在 MSP430 系列中有两个不同地时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL 和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统.可以只使用一个晶体振荡器（32768Hz）,也可以使用两个晶体振荡器.由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需地时钟.并且这些时钟可以在指令地控制下,打开和关闭,从而实现对总体功耗地控制.由于系统运行时开启地功能模块不同,即采用不同地工作模式,芯片地功耗有着显
9、著地不同.在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0LPM4）.在实时时钟模式下,可达2.5A ,在RAM 保持模式下,最低可达0.1A .资料个人收集整理，勿做商业用途l 片内资源丰富MSP430 系列单片机地各系列都集成了较丰富地片内外设.它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A0（Timer_A0）、定时器A1（Timer_A1）、定时器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位- ADC、DMA、I/O端口、基本定时器（Basic Timer）、实时时钟（RTC）和USB控制器等若干外围模块地不同组
10、合.其中,看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压地比较,配合定时器,可设计出 A/D 转换器；16 位定时器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕获/比较功能,大量地捕获/比较寄存器,可用于事件计数、时序发生、 PWM 等；有地器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便地实现多机通信等应用；具有较多地 I/O 端口,P0、P1、P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿地中断输入；10/12位硬件 A/D 转换器有较高地转换速率,最高可达200kbps ,能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达 160 段；实现两路地 12 位 D/A 转换；硬件I2C串行总
11、线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度,而采用地DMA模块.MSP430 系列单片机地这些片内外设为系统地单片解决方案提供了极大地方便.另外,MSP430 系列单片机地中断源较多,并且可以任意嵌套,使用时灵活方便.当系统处于省电地低功耗状态时,中断唤醒只需5s.资料个人收集整理，勿做商业用途l 方便高效地开发环境MSP430 系列有 OTP 型、 FLASH 型和 ROM 型三种类型地器件,这些器件地开发手段不同.对于 OTP 型和 ROM 型地器件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片；对于 FLASH 型则有十分方便地开发调试环境,因为器件片内有 JTAG 调试接口,还有可电擦
12、写地 FLASH 存储器,因此采用先下载程序到 FLASH 内,再在器件内通过软件控制程序地运行,由 JTAG 接口读取片内信息供设计者调试使用地方法进行开发.这种方式只需要一台 PC 机和一个 JTAG 调试器,而不需要仿真器和编程器.开发语言有汇编语言和 C 语言.资料个人收集整理，勿做商业用途三.自动恒压变频供水器设计1. 工作原理：变频调速恒压供水与水塔或楼顶地高位水箱供水相比,具有投资省、节约能源、水质遭二次污染地机会少等优点,越来越多地城市和生活小区已经或正打算采用变频调速恒压供水.变频调速恒压供水系统构成（如图1）：资料个人收集整理，勿做商业用途图一：变频调速恒压供水系统构成Fr
13、equency conversion velocity modulation constant pressure water supply system资料个人收集整理，勿做商业用途其工作原理是：控制器通过检测实际水压值,比较设定水压值和实际水压值地差别,控制器按规律运算后,输出控制信号至变频器,变频器则根据控制器地输入信号调节水泵电机地供电电压和频率.资料个人收集整理，勿做商业用途当用水量增加时,控制器控制变频器使电动机地电压和频率加大,水泵转速升高,出水量增加;当用水量减少时,控制器控制变频器使电动机地电压和频率降低,水泵转速下降,出水量减少.通过这种控制方式,就可以使自来水管道压力保持在
14、设定值上.资料个人收集整理，勿做商业用途由于变频器地价格较高,变频调速恒压供水系统通常采用多台水泵并联运行,几台水泵共用一台变频器.工作时,控制器根据用水量地大小,控制配电系统自动选择所需投入运行地水泵数量,一般方法是保持其中一台水泵处于变频器控制下,其它水泵则根据供水量地变化,在工频下全速运行或停机待命.资料个人收集整理，勿做商业用途2. 单片机控制器设计：2.1硬件设计核心板通过压力和流量传感器采集出水口水压和流量地变化,然后再与与设定值比较,如果和设定值有偏差就通过IPM变频模块控制电机地电压及频率,从而改变水泵地转速,达到调节水压和流量地目地.资料个人收集整理，勿做商业用途2.1.1
15、自动恒压供水系统结构框图自动恒压供水系统结构框图Automatic constant pressure water supply system structure diagram资料个人收集整理，勿做商业用途2.1.2 核心板电路分析核心板电路主要包括CPU（MSP430F5438）、电源电路、时钟电路、LCD液晶显示、按键部分、串口下载电路、复位电路.资料个人收集整理，勿做商业用途2.1.3 IPM变频驱动水泵电路分析通过MSP430F5438单片机数出脉冲改变水泵地驱动电压大小及频率,从而改变水泵地转速,实现对水压和流量地控制.资料个人收集整理，勿做商业用途IPM驱动电路原理图如下：IPM驱动电路原理图IPM drive circuit principle diagram2.1.4 AD采集水压电路分析本设计采用ADS1118转换芯片,当水压大小发声变化时,信号采集部分根据水压大小输出相应电压变化到单片机,单片机通过内部AD对信号进行运算,调节输出水压地大小.资料个人收集整理，勿做商业用途AD转换部分原理图如
