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1、附录4 基于MSP430单片机的液位测量仪设计摘要：本文介绍了基于MSP430系列单片机的液位测量仪的组成、原理、硬件及软件设计，并介绍了多路复用测量和控制仪器对页面测量和控制。该系统由压力传感器、信号处理电路、电磁阀、输出驱动电路、汉字液晶显示器、键盘、光报警电路和MSP430MCU组成，实现了液位自动监测和自动报警功能。关键词：液位测量；主从通信；MSP430SCM；V/F转换器中国图书分类：TP273 文献标示码：B1 前言测量和控制仪表的液位表属于智能仪表，是20世纪70年代开发成功的。这是一个智能的可综合测量和可控制相结合的产品，可在许多工业领域用于测量各种介质的液位。例如：石化、冶
2、金、电工、电力、制药、环保产业。该仪器可以测量液位，并计算出它的重量，所以它可以用来测量、控制液体静态、动态地品种，还有全球报警功能。2 系统设计21 液位传感器的选择有各种各样的传感器可以用于液位测量，例如：压力传感器、超声波传感器、浮动式传感器等。系统设计不仅需要实现测量液位的功能，还要探测出液体的重量。在实验中，检测液体的重量P是直接通过计算获得，这是 (为液体公分，是圆的面积， 是液体密度)。因此，用1厘米的液体测量结构系统来提高测量液位重量的测量精度。此外，我们认为，压力传感器接口电路比超声波传感器容易，所以我们决定采用压力传感器。22 MSP430系列单片机低功耗16位的MSP43
3、0单片机，具有典型特征的SOC，是大量的外围集成设备。特别是微调波特率内部集成器件，它可以使任何单片机晶体振荡器工作在32768Hz以上(但不超出晶体振荡器上限)，其通信频率的选择没有小数限制，也就是说，它可以使用许可频带率范围内的晶体振荡器工作在任何的频率值。此外，MSP430单片机内部集成有温度传感器，因此它可以很方便的实现对压力传感器测量液位的温度补偿。此外，MSP430系列单片机针对不同的模块有不同的应用和微控制器，还设计了电池供电，它可以工作很长时间。23 模拟信号转换技术因为执行单位是电磁圈，很容易产生电磁干扰，从而使系统必须有足够的抗干扰能力来保证工作。有两种方法来提高系统的抗干
4、扰能力：一种方法是直接使用A/D转换模块，它的特点是它不需要外围电路，具有很快的采样率，但抗干扰能力差。另一种方法是用V/F转换实现A/D转换。由于V/F转换利用电容电荷平衡的原则，实现电压到频率的转换，因此，该方法具有较好的稳定性，更高的分辨率，更少的信号线，易于实现光电隔离，提高系统抗干扰能力，但转换速度较慢。通过比较和分析，我们认为，压力信号是一个缓慢的信号，一般不必使用快速采样，为了使系统具有较高的抗干扰能力，所以我们选择使用V/F转换器。这个选择又更容易计算和处理，可以实现应用的测量精度等级要求，且易于实现实时控制。3 系统总体结构及工作原理整个系统是由单片机主机系统、传感器信号处理
5、电路、光电报警电路、键盘、液晶显示、功率模块和通信模块等组成。系统数据总线接口P1的作用是把输出的V/F信号转换为中断请求信号和连接电路，单片机的P2.4，P2.6，P2.7引脚分别控制执行单元的电磁阀信号、输入和输出电磁阀开关。引脚P2.5控制光报警电路的信号。键盘接口电路、单片机控制和六针系统的按键，通过P3.0，P3.1和P3.2引脚控制。74HC245系统输出信号、数据和控制信号LCD液晶汉字界面通过P3.0和P3.3引脚控制。P3.4和P3.5作为单片机串行通信的数据总线，并连接到节点之间的通信电路之间提供从网络主站点和串行通信。电源模块系统可以生成3.3V，+5V和-5V的电压值，
6、可以为接口电路主机系统和传感器提供稳定的工作电压。该系统通过压力传感器对液体压力进行数据采集，在V/F转换模块中对液面高度和液体的重量实现高精度测量，该系统在液位超越报警电路时自动进行光学报警。用户可以通过输入和输出来设定上下限液位，通过使用液体体积一些参数，使液面保持在设定值。该系统可在容器液位液晶显示器上显示上下限液位，液位的重量。主站点可以控制任何从站点，同时完成八个从站点和主站点之间的通信。主站点有该系统的整体功能，可设置上下所有从站点液位限制。当它在检测电路时，主站点可以任意设置从站点数量和从站点液位的高度。主站点可以进行光报警，并显示从站点的数量，当发现从站点液面超过主站点设定值时
7、发出报警。同时，主站点通过通信模块接收从站点传输的数量和液位报警信号，控制从站点的信息，并执行自动报警和解除。从站点的数量可以任意设定。该系统实时显示在工作环境中的时间和温度。4 系统硬件电路设计41 V/F转换电路设计见图2，输入电压从引脚7输入，通过射频追随者的LM331，电阻RD7可以抵消漂移引脚6的影响，减少频率误差。RD13选择51K抗性CD1滤波电容器来减少以RD10，RD11，CD2引起的LM331的误差偏差。逐步改变引脚6和引脚7的输入。输入电业阶跃变化将导致输出频率变化，如果CD3大于CD1系统将立即停止。电阻和电容的引脚6针会产生滞后效应，以获得疯抢的线性关系。图2 V/F
8、转换电路42液体检测和控制电路该系统通过压力传感器采集的数据信号，用运算放大器放大信号。放大后的信号传送到V/F转换进行电压频率转换，输出频率信号作为中断请求传给单片机的P2.4引脚，并将其转化为页面位置，并根据设定液面的上下限可以控制相应的电磁阀，保持液面高度与设定值一致。通过LED灯方便调试观察电路每个电磁阀的工作状态，并表明，目前的工作是输出液阀或输入液阀。该控制电路见图3。图3 液体检测和控制电路43 光报警电路设计在光报警电路是由三极管，发光二极管，电阻，电容和蜂鸣器组成。液位测量值超过预定值时，单片机将发出报警。当LED点亮后，接受报警信号，蜂鸣器会产生光声探测报警。5 系统硬件设
9、计系统硬件结构模块可划分为六大模块，即系统初始化模块，液晶显示模块，按键识别和处理模块，液位检测和控制模块，与主站点和从站点通信模块和时间环境温度检测模块。设置参数以初始化系统模块，这是显示缓冲，堆栈指针，操作标志和登记工作，每一个I/O端口，系统定时器模块和通信模块的终端设置等。键盘模块负责识别和处理，通过按键调用相应的处理子程序进行处理工作，实现设置输入和输出液量及上下限报警极限，可以手动通过按键控制每一电磁阀。当液体超过报警限时，该系统将调用液位检测和控制模块进行相应的控制，并作出相应的电磁阀的行为。通过使用通讯模块主站点，系统将自动检测和控制发送相关的数据和控制参数。每个从站点的现场检
10、测和控制会拦截主站点发动不正常数据，并会马上处理。6 结束该仪器可广泛应用于测量水，油，酸，酒和饮料等液面的高低。它可以自动根据输入和输出的液体设定上下限液位阀值，并具有多种在线功能。它具有性能稳定的优点，具有体积小，测量和控制准确，灵敏，安装和使用安全方便，并具有低功耗的特点。目前，该仪器已投入食品企业。16位SCMMSP430具有较高的性能和在低功率系统中比8-15位系列单片机更好用。测量的方法非常简单，而且精度高，拥有很广的范围，具有重量和主从在线模型的功能。72Design of the Measuring Instrument to the liquid level Based on
11、 MSP430 SCMYANG XIAOJ ING WANG ZHIQIANG CHEN PINGAbstract: This paper introduced the components, principle and the hardware and software design of the multiplexing measuring and control instrument to the liquid level that is based on MSP430 SCM. This system is made of pressure sensor, signal process
12、ing circuit, electromagnetic valve, output driving circuit, Chinese character LCD, keyboard, optic alarm circuit and MSP430MCU, and realized Liquid level automatic monitor, out range alarm and online function.Keywords: Liquid level measurement, Master - slave communication, MSP430SCM, V/F convertCla
13、ss number by Chinese Library Classification:TP273Literature identification code: B1 PrefaceThe measuring and control instrument to the liquid level belong to Intelligent Instrument (an instrument have used microprocessor), had developed in 1970s. It s an intelligent product that integrated measuring
14、 and control, which can be used in many industry areas to measuring all kinds of media s liquid level. For example, petrol chemistry, metallurgy, elec. power industry, pharmaceutics, environmental protection industry. This instrument can measure liquid level in tank, and can calculate its weight, so
15、 that it can be used for measuring and controlling varieties liquid statically and dynamically, it also has out range alarm and online function.2 System Design2.1 choice of liquid level sensorThere are various sensors can be adopted at liquid level measurement, for instance, pressure sensor, ultraso
16、nic sensor, float- type sensor and so on. System design requires realizing not only measure liquid level but also detecting liquid weight. In the tank, detect liquid weight P can directly gain through calculate, that is ( is liquid height CM, is circle area, is liquid proportion). For this reason, only to improve the resolution of liquid measurement c
