工业物联网系统设计数字射频导纳物位仪设计
本课题主要实现微功耗无线物位采集器的物位值显示及无线传输的功能。通过使用A/D模块，MSP430微控制器可以将模拟信号转换为数字信号，然后微处理器处理后输出当前物位值。另外智能仪表还可以实现基于ZigBee模块的无线传输功能，主要通过导线将MSP430微控制器与ZigBee连接，直接将微处理器处理后的数据发送至ZigBee的P0口，ZigBee终端采集P0口数据后通过无线信道将数据发送给协调器，协调器将数据上传至串口。通过建立基于MSP430微控制器为核心的微功耗智能仪表展开讨论，成功的解决了数据采集、数据转换、数据显示及数据传输等问题，实现了通过ZIgBee发送物位数据的功能。关键词 MSP430，ZigBee，智能仪表
目 录
1 绪论 1
1.1 无线物位采集器概述 1
1.2 无线物位采集器的原理 1
2 发展趋势与可行性研究 1
2.1 发展趋势 1
2.2 系统可行性研究 2
3 基础知识 3
3.1 开发工具介绍 3
3.2 芯片介绍 4
3.3 SD16_A模块 5
3.4 DAC12模块 9
3.5 TIMER_A模块 12
3.6 笔段式液晶显示模块 15
3.7 ZigBee系统 16
4 硬件设计 18
4.1 MSP430F4250单片机设计 18
4.2 无线传输模块 17
4.3 笔段式液晶显示模块设计 20
5 软件设计 22
5.1 总体设计 22
5.2 A/D模块程序设计 24
5.3 键盘程序设计 25
5.4 无线模块程序设计 26
5.5 量程标定程序设计 29
6 系统调试 31
6.1 调试结果展示 31
6.2 调试结果与分析 33
结 论 34
致 谢 35
参考文献 36
1 绪论
1.1 无线物位采集器概述
物位值是五大工业标准值之一， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
它是过程系统中的神经，人们通过它来传输工业过程的变化和量值。物位变送器是采用物位传感器，将非电压力信号转变为标准输出的电信号并将测量值显示的仪表。物位变送器是现场仪表，被放置在被测物体表面或内部，常常工作在复杂环境中，如高温、腐蚀、振动等。
然而随着科技的进步，以往采用HART协议、MODBUS协议、RS232或RS482输出接口和CAN输出接口类型物位变送器在成本以及便利性上渐渐被无线工业设备赶超，越来越多的企业和科研者发现了其中的巨大机遇，开始无线工业采集设备的研究。
1.2 无线物位采集器的原理
无线物位采集器采用物位传感器作为物位值采集工具，物位传感器有两类：连续测量物位变化的是一类；还有一类是为了实现点测的物位开关。
绝缘电极和一个装有测量介质的容器构成了电容式物位传感器。物位向上升时，电容量随着物料高度的改变而改变。该传感器采用了脉宽调特原理进行测量，所以频率较低，线性准确、较为稳定、无明显温度漂移等。
射频导纳物位测量是从电容式物位测量改进过来的，相比于电容式测量，拥有防挂料、更可靠、适用性更广等优点，“导纳”解释为阻抗的倒数，由电阻、电容、电感的性能综合构成，而“射频”的意义其实就是高频，因此用高频测量导纳就是射频导纳的真正意义。高频正弦振荡器首先发出一个稳定的信号源，用来测量传感器与所测容器壁之间的导纳。
无线物位采集器的主要功能是采集物位值，然后将电信号变成数字信号，并且运用无线方式发送物位值数据。
2 发展趋势与可行性研究
2.1 发展趋势
20世纪90年代，发展飞速的现场总线技术使得工业过程控制系统慢慢的被一对多、多对多通信的智能仪表取代，同时这些智能仪表也都拥有现场总线控制系统。从此产生了新一代的智能物位变送器。它们主要有以下特点：
自动补偿功能，如非线性、温度误差等。
自诊断功能，如电源自检，实施检验工作。
微控制器和传感器之间具有双向通信功能的系统。
信息存储和记忆功能。
数字量输出。
然而不可否认的是，当今世界是一个网络遍布全球，互联无处不在的世界，工业控制也不例外，智能仪表通过无线网络连接传输数据成为必然趋势，不仅仅是从数据时效性，工业过程可控性考虑，更重要的是和当今社会接轨，实现互联网+，才能不被时代浪潮淹没。
所以有人提出了工业物联网的口号，在以前，用来进行工业生产的设备都是单机工作的，不能实现网络化，所以工业生产过程的很大一部分需要人工进行提取数据，进行监测分析，而往往这样的工作总是伴随着低效率和多错漏，同时由于科技的不断进步，全球化的合作日新月异，工业生产数据也需要有时效性，工业生产过程需要有灵活的可控性，例如随时调控生产计划，在这样的背景之下，无线数据传输设备迅速崛起，并且广泛应用到工业生产的各个方面，它能够将生产过程数据实时传送至网络，而工业过程的检测员只需要在电脑或者手机上就能查看数据，数据还可以在智能设备上进行二次处理，利用相关工业计算公式得出盈亏，及时的进行企业生产的策略更改。
工业物联网通过各种信息传感设备，以及全球定位系统，实现工业现场各种生产过程数据的采集，更可以利用智能设备进行初次分析，或者二次处理，实现工业生产的智能管理，网络化生产数据，这在当今互联网+的时代是不可或缺的。同时由于计算机技术、通信技术和传感器等技术的飞速发展，使得智能工业设备的部署越来越低成本，越来越智能化，能够大幅度提高工业生产的效率，并且对一个企业发展方向能有很好地调控作用。
2.2 系统可行性研究
2.2.1 硬件可行性
在工业控制、智能仪器仪表、智能家居、医学仪器、机电控制等领域，单片机有着不可或缺的效率,而其中的佼佼者便是MSP430系列的单片机系统，这类单片机成本低、效率高、通用性强、可靠性高。其应用技术十分成熟，技术方案丰富，技术支持到位，拥有宽广的市场前景，使得越来越多的硬件开发人员开始尝试使用，并且受到推崇。
目 录
1 绪论 1
1.1 无线物位采集器概述 1
1.2 无线物位采集器的原理 1
2 发展趋势与可行性研究 1
2.1 发展趋势 1
2.2 系统可行性研究 2
3 基础知识 3
3.1 开发工具介绍 3
3.2 芯片介绍 4
3.3 SD16_A模块 5
3.4 DAC12模块 9
3.5 TIMER_A模块 12
3.6 笔段式液晶显示模块 15
3.7 ZigBee系统 16
4 硬件设计 18
4.1 MSP430F4250单片机设计 18
4.2 无线传输模块 17
4.3 笔段式液晶显示模块设计 20
5 软件设计 22
5.1 总体设计 22
5.2 A/D模块程序设计 24
5.3 键盘程序设计 25
5.4 无线模块程序设计 26
5.5 量程标定程序设计 29
6 系统调试 31
6.1 调试结果展示 31
6.2 调试结果与分析 33
结 论 34
致 谢 35
参考文献 36
1 绪论
1.1 无线物位采集器概述
物位值是五大工业标准值之一， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
它是过程系统中的神经，人们通过它来传输工业过程的变化和量值。物位变送器是采用物位传感器，将非电压力信号转变为标准输出的电信号并将测量值显示的仪表。物位变送器是现场仪表，被放置在被测物体表面或内部，常常工作在复杂环境中，如高温、腐蚀、振动等。
然而随着科技的进步，以往采用HART协议、MODBUS协议、RS232或RS482输出接口和CAN输出接口类型物位变送器在成本以及便利性上渐渐被无线工业设备赶超，越来越多的企业和科研者发现了其中的巨大机遇，开始无线工业采集设备的研究。
1.2 无线物位采集器的原理
无线物位采集器采用物位传感器作为物位值采集工具，物位传感器有两类：连续测量物位变化的是一类；还有一类是为了实现点测的物位开关。
绝缘电极和一个装有测量介质的容器构成了电容式物位传感器。物位向上升时，电容量随着物料高度的改变而改变。该传感器采用了脉宽调特原理进行测量，所以频率较低，线性准确、较为稳定、无明显温度漂移等。
射频导纳物位测量是从电容式物位测量改进过来的，相比于电容式测量，拥有防挂料、更可靠、适用性更广等优点，“导纳”解释为阻抗的倒数，由电阻、电容、电感的性能综合构成，而“射频”的意义其实就是高频，因此用高频测量导纳就是射频导纳的真正意义。高频正弦振荡器首先发出一个稳定的信号源，用来测量传感器与所测容器壁之间的导纳。
无线物位采集器的主要功能是采集物位值，然后将电信号变成数字信号，并且运用无线方式发送物位值数据。
2 发展趋势与可行性研究
2.1 发展趋势
20世纪90年代，发展飞速的现场总线技术使得工业过程控制系统慢慢的被一对多、多对多通信的智能仪表取代，同时这些智能仪表也都拥有现场总线控制系统。从此产生了新一代的智能物位变送器。它们主要有以下特点：
自动补偿功能，如非线性、温度误差等。
自诊断功能，如电源自检，实施检验工作。
微控制器和传感器之间具有双向通信功能的系统。
信息存储和记忆功能。
数字量输出。
然而不可否认的是，当今世界是一个网络遍布全球，互联无处不在的世界，工业控制也不例外，智能仪表通过无线网络连接传输数据成为必然趋势，不仅仅是从数据时效性，工业过程可控性考虑，更重要的是和当今社会接轨，实现互联网+，才能不被时代浪潮淹没。
所以有人提出了工业物联网的口号，在以前，用来进行工业生产的设备都是单机工作的，不能实现网络化，所以工业生产过程的很大一部分需要人工进行提取数据，进行监测分析，而往往这样的工作总是伴随着低效率和多错漏，同时由于科技的不断进步，全球化的合作日新月异，工业生产数据也需要有时效性，工业生产过程需要有灵活的可控性，例如随时调控生产计划，在这样的背景之下，无线数据传输设备迅速崛起，并且广泛应用到工业生产的各个方面，它能够将生产过程数据实时传送至网络，而工业过程的检测员只需要在电脑或者手机上就能查看数据，数据还可以在智能设备上进行二次处理，利用相关工业计算公式得出盈亏，及时的进行企业生产的策略更改。
工业物联网通过各种信息传感设备，以及全球定位系统，实现工业现场各种生产过程数据的采集，更可以利用智能设备进行初次分析，或者二次处理，实现工业生产的智能管理，网络化生产数据，这在当今互联网+的时代是不可或缺的。同时由于计算机技术、通信技术和传感器等技术的飞速发展，使得智能工业设备的部署越来越低成本，越来越智能化，能够大幅度提高工业生产的效率，并且对一个企业发展方向能有很好地调控作用。
2.2 系统可行性研究
2.2.1 硬件可行性
在工业控制、智能仪器仪表、智能家居、医学仪器、机电控制等领域，单片机有着不可或缺的效率,而其中的佼佼者便是MSP430系列的单片机系统，这类单片机成本低、效率高、通用性强、可靠性高。其应用技术十分成熟，技术方案丰富，技术支持到位，拥有宽广的市场前景，使得越来越多的硬件开发人员开始尝试使用，并且受到推崇。
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