MSP430单片机的液面测量仪表的设计
MSPIVIII0单片机的液面测量仪表的设计
杨晓婧,王志强,陈平
(山东理工大学计算机IIVV0IVIX中国淄博)
摘要:
本文介绍MSPIVIII0单片机的液面测量仪表的元器件.原理.硬件和的软件设计.?该系统由压力传感器,信号处理电路,电磁开关,输出驱动电路,中文字符的LCD,键盘,光控报警电路与MSPIVIII0MCU,实现液位自动监测仪,超范围报警和在线功能.
关键字:液面测量,主从通信,MSPIVIII0单片机,V/F转换
I.前言
液位测量和控制仪表属于智能仪表(I.种使用了微处理器的仪表),出现于II0世纪VII0年代.?这是I.个智能化的产品,集成的测量和控制,它可以用在许多工业领域,以测量各种介质液体的液位.?例如,石油化工,冶金,电力工业,制药,环保产业.?该仪表可以测量箱式容器的液位,并且可以计算出其重量,因此,它可以用于测量和控制不同液体的动态和静态情况,以及超出范围的报警和在线功能.
II系统设计
II.I.液位传感器的选择
在液位测量时可以采用各种不同的传感器,例如:压力传感器,超声波传感器,浮动型传感器等.?系统设计不仅需要实现测量液位,还要检测液体的重量.?在容器中,检测液体重量P能通过计算直接获得,即P=H×S×ρ(H为液体高cm,S是圆的面积,ρ为液体密度).?出于这个原因,提高液体测量的分辨率可以保证液体重量的测量精度,在体系中,液体测量的分辨率为I.cm.?此外,我们认为,接口电路选用压力传感器比超声波传感器更容易实现,所以我们决定采用压力传感器.
II.IIMSPIVIII0单片机
MSPIVIII0系列超低功耗I.VI位单片机,具有片上系统的典型特征,综合大量的外围设备.尤其是芯片内部集成精确的波特率器件,它可以使MCU在IIIII. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
VIIVIVIIIHz的晶振值内任何值工作(不超出晶体振荡器上限值).其选择通信波特率,可以使波特率因子在X进制内不受任何限制.即,在允许的范围内波动,它可以使用晶体振荡器的任何频率值.?此外,MSPIVIII0单片机内部集成温度传感器,所以可以实现温度补偿,方便压力传感器用于测量液位.在MSPIVIII0系列单片机中,不同的模块针对相应的应用,该微控制器被设计由电池供电,并且可以工作很长I.段时间.
II.III模拟信号的转换技术
由于系统的执行单元是电磁阀,它容易产生电磁干扰,所以该系统必须具有足够的抗干扰能力,以保证可靠工作.?有两种方法来提高系统的抗干扰能力:
I.种方法是使MCU使用的A/D转换器直接地,该特征是它不需要外围电路和当其采样速率变得更高时使抗干扰能力不会变得糟糕.
另I.种方法是使用V/F转换器实现A/D转换.?由于V/F转换利用积分电容的电荷平衡原理实现电压_频率转换,从而使这种方法具有更好的稳定性,更高的分辨率,较少的信号线.用光电隔离的方法,易于来提高系统的抗干扰能力,但改变速度比较慢.
我们认为,压力信号是I.种缓慢的信号,通常不需要进行快速采样.?让系统具有较高的抗干扰能力才是首要选择.选择用V/F转换过程中,对压力信号进行比较和分析.?这样选择更容易计算和处理,并且可以达到精确的测量水平,更容易实现实时控制.
III系统的结构和原理
整个系统由单片机控制系统,传感器信号处理电路,液体的控制电路,光电报警电路,键盘,液晶显示,电源模块和通信模块组成.PI.接口作为系统的数据总线,V/F转换的输出信号电路作为中断请求信号,并链接片上系统的PII.IV引脚,PII.VI引脚和PII.VII引脚输出执行元器件电磁阀的控制信号,控制电磁阀的开关,来控制液体输入和输出.?光电报警电路的控制信号是PII.V引脚.?键盘接口电路控制VI个按键,连接到单片机的PIII.0引脚.PIII.I.引脚和PIII.II引脚.?系统输出信号到VIIIVHCIIIVV,以控制带有中国字符的LCD显示器,数据接口PIII.0引脚和PIII.III引脚作为LCD显示器的控制信号.?PIII.IV和PIII.V作为单片机的串行通信数据总线和连接通信节点,为主站点和从站点之间进行串行通信.?系统的电源模块产生III.IIIV,+VV和-VV的电压值,可以分别为主机系统和传感器提供稳定的工作电压.
系统通过压力传感器来采集液体压力的数据,经过V/F模块转换后实现高精度的液面高度和液体重量测量值.?当液位超过容器设定值时,该系统将会自动启动光电报警电路进行报警.?用户可以通过使用键盘设置液位上限,下限值和I.些有关输入和输出液体量的参数,使容器中液面保持在设定范围内.?该系统可通过具有中国字符的LCD显示器显示液体当前的液位上限和下限值,当前容器中液体的重量,以及当前输入和输出液体值.?主站点可以控制VIII个从站点,完成主站点和从站点之间的实时通信.?主站点拥有控制整个系统的功能,可以设置所有从站点的液位上限,下限值.?当整个电路在运行时,主站点可以任意设置从站点数量和指定从站点成员以及在从站点容器需求的液位高度.当液位超过主站点和从站点的设定值时,主站点可以进行光电报警并且显示当前报警的从站点.同时,从站点还可以根据通信协议通过通讯模块传输从站点数量和液面及报警信号给主站点,从站 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
点可以从主站点接收控制信息,并自动执行.它可以报警和自动解除报警,从站点的数目可以任意设置.?该系统可以实时显示时间和工作环境的温度.
IV系统硬件电路设计
IV.I.V/F转换电路的设计
参见图II,输入电压信号由射极跟随器输入到LMIIIIIII.的VII针脚,电阻RDVII可以抵消来自VI针脚的失调电压和温漂,以减少频率误差.?RDI.III选择VI.K电阻,电容CDI..CDII作为滤波电容,以减少LMIIIIIII.的增益误差,并通过RDI.0,RDI.I.,减少信号偏差.当RC时间常数,即VI脚和VII脚相匹配时,输入电压的阶跃变化会引起输出频率的阶跃变化.?如果电容CDIII比电容CDI.大时,输入电压的阶跃变化会引起输出频率的瞬间停止.?VI引脚电阻和电容将产生滞后效应,以获得更好的线性度.
图II?V/F转换电路
IV.II液体检测及控制电路
该系统通过压力传感器采集数据信号,采集的信号通过放大运算放大器.放大后的信号送入V/F转换器进行电压_频率转换,输出频率信号作为中断请求信号输入到单片机的PII.IV的引脚,并进行处理将其转化为液位值,据液位的设定点.上限和下限可以控制相应的电磁阀,以保持液体的高度与设定值I.致.?每个电磁阀都设置工作状态指示灯,方便用于调试和观察电路,以及表明输出液阀或输入液体阀当前的工作状态.?该控制电路见图III.
图III液体检测及控制电路
IV.III光电报警电路设计
该光电报警电路是由III极管,发光II极管,电阻,电容和蜂鸣器组成.?当液位测量值超过设定值时,系统将将发出报警声.发出报警信号后?LED灯将亮起,系统接受到报警信号后,光电报警系统的蜂鸣器会想起.
V系统硬件设计
该系统的硬件设计由结构模块组成,分为??VI个模块.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,主站点和从站点之间的通信模块,检测时间和环境温度模块.
该系统的初始化模块设置参数,是显示缓冲,栈点,操作标志和工作寄存器,每个I/O口的方向,系统定时器模块,通信模块和系统中断设置等.?键盘模块是负责识别和处理的按键,按下按键的时候它会调用相应的子程序进行处理工作,以实现设定输入和输出的液体量及上限.下限值报警限,并且通过按键可以手动控制电磁阀.?当液体超过报警限,该系统将调用液位检测和控制模块进行相应的控制,并会做出相应的电磁阀动作.?但检测和控制自动完成时,系统将通过通信模块发送相关的数据和控制参数到主站点.?当每个从站点检测和控制,它将会侦听主站点是否发送指令和数据是否正常.如果有信号送入,他将立刻被处理.
VI结束语
本仪表可广泛应用于测量水,油,酸,酒和饮料等液体的液位高度,可根据设定的液位的上限和下限及自动控制输入和输出液体,具有多个网络的功能.?它具有性能稳定的优点,具有更小的尺寸,测量和控制准确.灵敏,安装和使用方便,并具有低功耗.?目前,已投入使用的食品企业.
创新点
系统中使用的I.VI位超低功耗MSPIVIII0单片机具有高性能和低功耗,是I.种取代VIII位VI.系列单片机较好的选择.?测量的方法非常简单,并具有高精度,已被广泛的测试,并具有重量测量和主从联机模式的功能.
参考文献
[I.]雷杨,陆广建.采集和信号的处理在液位检测系统的研究[J].?北京:微计算机信息,第IV卷,第I.版,II00VI年,PPI.VIIVII-I.VIII0
[II]魏枭龙.MSPIVIII0SCM接口技术及系统设计[M],北京:北京航空航天大学?出版社.?II00II
[III]李肇庆,涛韩.最新硬件接口技术应用与开发系列串行端口的技术[M].北京:国防工业出版社.?II00IV
[IV]夏路易,史钟意,电路原理图和PCB设计目录的ProtelIXIXSE[M],北京:北京希望电子出版社.?II00II
杨晓婧,王志强,陈平
(山东理工大学计算机IIVV0IVIX中国淄博)
摘要:
本文介绍MSPIVIII0单片机的液面测量仪表的元器件.原理.硬件和的软件设计.?该系统由压力传感器,信号处理电路,电磁开关,输出驱动电路,中文字符的LCD,键盘,光控报警电路与MSPIVIII0MCU,实现液位自动监测仪,超范围报警和在线功能.
关键字:液面测量,主从通信,MSPIVIII0单片机,V/F转换
I.前言
液位测量和控制仪表属于智能仪表(I.种使用了微处理器的仪表),出现于II0世纪VII0年代.?这是I.个智能化的产品,集成的测量和控制,它可以用在许多工业领域,以测量各种介质液体的液位.?例如,石油化工,冶金,电力工业,制药,环保产业.?该仪表可以测量箱式容器的液位,并且可以计算出其重量,因此,它可以用于测量和控制不同液体的动态和静态情况,以及超出范围的报警和在线功能.
II系统设计
II.I.液位传感器的选择
在液位测量时可以采用各种不同的传感器,例如:压力传感器,超声波传感器,浮动型传感器等.?系统设计不仅需要实现测量液位,还要检测液体的重量.?在容器中,检测液体重量P能通过计算直接获得,即P=H×S×ρ(H为液体高cm,S是圆的面积,ρ为液体密度).?出于这个原因,提高液体测量的分辨率可以保证液体重量的测量精度,在体系中,液体测量的分辨率为I.cm.?此外,我们认为,接口电路选用压力传感器比超声波传感器更容易实现,所以我们决定采用压力传感器.
II.IIMSPIVIII0单片机
MSPIVIII0系列超低功耗I.VI位单片机,具有片上系统的典型特征,综合大量的外围设备.尤其是芯片内部集成精确的波特率器件,它可以使MCU在IIIII. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
VIIVIVIIIHz的晶振值内任何值工作(不超出晶体振荡器上限值).其选择通信波特率,可以使波特率因子在X进制内不受任何限制.即,在允许的范围内波动,它可以使用晶体振荡器的任何频率值.?此外,MSPIVIII0单片机内部集成温度传感器,所以可以实现温度补偿,方便压力传感器用于测量液位.在MSPIVIII0系列单片机中,不同的模块针对相应的应用,该微控制器被设计由电池供电,并且可以工作很长I.段时间.
II.III模拟信号的转换技术
由于系统的执行单元是电磁阀,它容易产生电磁干扰,所以该系统必须具有足够的抗干扰能力,以保证可靠工作.?有两种方法来提高系统的抗干扰能力:
I.种方法是使MCU使用的A/D转换器直接地,该特征是它不需要外围电路和当其采样速率变得更高时使抗干扰能力不会变得糟糕.
另I.种方法是使用V/F转换器实现A/D转换.?由于V/F转换利用积分电容的电荷平衡原理实现电压_频率转换,从而使这种方法具有更好的稳定性,更高的分辨率,较少的信号线.用光电隔离的方法,易于来提高系统的抗干扰能力,但改变速度比较慢.
我们认为,压力信号是I.种缓慢的信号,通常不需要进行快速采样.?让系统具有较高的抗干扰能力才是首要选择.选择用V/F转换过程中,对压力信号进行比较和分析.?这样选择更容易计算和处理,并且可以达到精确的测量水平,更容易实现实时控制.
III系统的结构和原理
整个系统由单片机控制系统,传感器信号处理电路,液体的控制电路,光电报警电路,键盘,液晶显示,电源模块和通信模块组成.PI.接口作为系统的数据总线,V/F转换的输出信号电路作为中断请求信号,并链接片上系统的PII.IV引脚,PII.VI引脚和PII.VII引脚输出执行元器件电磁阀的控制信号,控制电磁阀的开关,来控制液体输入和输出.?光电报警电路的控制信号是PII.V引脚.?键盘接口电路控制VI个按键,连接到单片机的PIII.0引脚.PIII.I.引脚和PIII.II引脚.?系统输出信号到VIIIVHCIIIVV,以控制带有中国字符的LCD显示器,数据接口PIII.0引脚和PIII.III引脚作为LCD显示器的控制信号.?PIII.IV和PIII.V作为单片机的串行通信数据总线和连接通信节点,为主站点和从站点之间进行串行通信.?系统的电源模块产生III.IIIV,+VV和-VV的电压值,可以分别为主机系统和传感器提供稳定的工作电压.
系统通过压力传感器来采集液体压力的数据,经过V/F模块转换后实现高精度的液面高度和液体重量测量值.?当液位超过容器设定值时,该系统将会自动启动光电报警电路进行报警.?用户可以通过使用键盘设置液位上限,下限值和I.些有关输入和输出液体量的参数,使容器中液面保持在设定范围内.?该系统可通过具有中国字符的LCD显示器显示液体当前的液位上限和下限值,当前容器中液体的重量,以及当前输入和输出液体值.?主站点可以控制VIII个从站点,完成主站点和从站点之间的实时通信.?主站点拥有控制整个系统的功能,可以设置所有从站点的液位上限,下限值.?当整个电路在运行时,主站点可以任意设置从站点数量和指定从站点成员以及在从站点容器需求的液位高度.当液位超过主站点和从站点的设定值时,主站点可以进行光电报警并且显示当前报警的从站点.同时,从站点还可以根据通信协议通过通讯模块传输从站点数量和液面及报警信号给主站点,从站 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
点可以从主站点接收控制信息,并自动执行.它可以报警和自动解除报警,从站点的数目可以任意设置.?该系统可以实时显示时间和工作环境的温度.
IV系统硬件电路设计
IV.I.V/F转换电路的设计
参见图II,输入电压信号由射极跟随器输入到LMIIIIIII.的VII针脚,电阻RDVII可以抵消来自VI针脚的失调电压和温漂,以减少频率误差.?RDI.III选择VI.K电阻,电容CDI..CDII作为滤波电容,以减少LMIIIIIII.的增益误差,并通过RDI.0,RDI.I.,减少信号偏差.当RC时间常数,即VI脚和VII脚相匹配时,输入电压的阶跃变化会引起输出频率的阶跃变化.?如果电容CDIII比电容CDI.大时,输入电压的阶跃变化会引起输出频率的瞬间停止.?VI引脚电阻和电容将产生滞后效应,以获得更好的线性度.
图II?V/F转换电路
IV.II液体检测及控制电路
该系统通过压力传感器采集数据信号,采集的信号通过放大运算放大器.放大后的信号送入V/F转换器进行电压_频率转换,输出频率信号作为中断请求信号输入到单片机的PII.IV的引脚,并进行处理将其转化为液位值,据液位的设定点.上限和下限可以控制相应的电磁阀,以保持液体的高度与设定值I.致.?每个电磁阀都设置工作状态指示灯,方便用于调试和观察电路,以及表明输出液阀或输入液体阀当前的工作状态.?该控制电路见图III.
图III液体检测及控制电路
IV.III光电报警电路设计
该光电报警电路是由III极管,发光II极管,电阻,电容和蜂鸣器组成.?当液位测量值超过设定值时,系统将将发出报警声.发出报警信号后?LED灯将亮起,系统接受到报警信号后,光电报警系统的蜂鸣器会想起.
V系统硬件设计
该系统的硬件设计由结构模块组成,分为??VI个模块.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,主站点和从站点之间的通信模块,检测时间和环境温度模块.
该系统的初始化模块设置参数,是显示缓冲,栈点,操作标志和工作寄存器,每个I/O口的方向,系统定时器模块,通信模块和系统中断设置等.?键盘模块是负责识别和处理的按键,按下按键的时候它会调用相应的子程序进行处理工作,以实现设定输入和输出的液体量及上限.下限值报警限,并且通过按键可以手动控制电磁阀.?当液体超过报警限,该系统将调用液位检测和控制模块进行相应的控制,并会做出相应的电磁阀动作.?但检测和控制自动完成时,系统将通过通信模块发送相关的数据和控制参数到主站点.?当每个从站点检测和控制,它将会侦听主站点是否发送指令和数据是否正常.如果有信号送入,他将立刻被处理.
VI结束语
本仪表可广泛应用于测量水,油,酸,酒和饮料等液体的液位高度,可根据设定的液位的上限和下限及自动控制输入和输出液体,具有多个网络的功能.?它具有性能稳定的优点,具有更小的尺寸,测量和控制准确.灵敏,安装和使用方便,并具有低功耗.?目前,已投入使用的食品企业.
创新点
系统中使用的I.VI位超低功耗MSPIVIII0单片机具有高性能和低功耗,是I.种取代VIII位VI.系列单片机较好的选择.?测量的方法非常简单,并具有高精度,已被广泛的测试,并具有重量测量和主从联机模式的功能.
参考文献
[I.]雷杨,陆广建.采集和信号的处理在液位检测系统的研究[J].?北京:微计算机信息,第IV卷,第I.版,II00VI年,PPI.VIIVII-I.VIII0
[II]魏枭龙.MSPIVIII0SCM接口技术及系统设计[M],北京:北京航空航天大学?出版社.?II00II
[III]李肇庆,涛韩.最新硬件接口技术应用与开发系列串行端口的技术[M].北京:国防工业出版社.?II00IV
[IV]夏路易,史钟意,电路原理图和PCB设计目录的ProtelIXIXSE[M],北京:北京希望电子出版社.?II00II
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