MSP430單片機(jī)在新型智能水表開發(fā)中的應(yīng)用

1、測(cè)量與設(shè)備MSP430單片機(jī)在新型智能水表開發(fā)中的應(yīng)用王云平邵定國李朝東（上海大學(xué)，上海200072）摘 要 本文介紹了 TI公司的MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機(jī)的主要特點(diǎn)，給出了所開發(fā)新型水表的系統(tǒng)構(gòu)成框圖，并簡(jiǎn)單地介紹了該款單片機(jī)在新型智能水表開發(fā)中的主要應(yīng)用。測(cè)量與設(shè)備關(guān)鍵詞 MSP430 ；自動(dòng)控制；智能水表1基于MSP430單片機(jī)的新型水表系統(tǒng)構(gòu)成%抵譎.剋I九瓷V |-|新型智能水表的控制系統(tǒng)組成如圖 1所示，主 要分為以下幾個(gè)部分：即主控CPU、耗水檢測(cè)電路、 閥門開啟系統(tǒng)、IC卡通訊、電源監(jiān)控系統(tǒng)、液晶顯示 及聲音報(bào)警等子系統(tǒng)。圖1新型智能水表控制系統(tǒng)硬件組成

2、圖1. 1 MSP430系列單片機(jī)的性能簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的核心元件采用的是TI公司的MSP430系列單片機(jī) 。TI公司的 MSP430系列單 片機(jī)是TI公司推出的一種具有超低功耗特性的功 能較全的低成本16位單片機(jī)，它特別適合應(yīng)用在各 種要求極低功率消耗的場(chǎng)所，如電池應(yīng)用的場(chǎng)合或手持設(shè)備，它的硬件乘法器大大加強(qiáng)了其功能并提 供了軟硬件相兼容的范圍，提高了數(shù)據(jù)處理的能力。同時(shí)，該系列單片機(jī)將大量的外圍模塊整合到片內(nèi),特別適合于設(shè)計(jì)片上系統(tǒng)，有不同型號(hào)的器件可供 選擇，給設(shè)計(jì)者帶來很大的靈活性。適應(yīng)工業(yè)級(jí)應(yīng)用環(huán)境MSP430的運(yùn)行環(huán)境溫度范圍為-4 C+85 C ,所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品適合運(yùn)行于工業(yè)環(huán)境下。該系

3、列單片機(jī)的主要特點(diǎn)在于：電源消耗的超 低功耗;CPU外圍的高度整合性。其特點(diǎn)包括：1）低供電電壓范圍 1. 8V3. 6V ,在1MHz時(shí)鐘條件下工作時(shí)工作電流視不同模式為0. 1 uA400uA有5種低功耗超低電流消耗模式，可使用電池供電，一節(jié)電池可工作 10年，在液晶顯示時(shí)也能 達(dá)到0. 8uA的低電源消耗。片內(nèi)數(shù)字控制振蕩器 DCO可以使單片機(jī)在 6us的時(shí)間內(nèi)從低功耗模式轉(zhuǎn)變到活動(dòng)模式。2）有豐富的片上外圍模塊，最多8路12位A/D轉(zhuǎn)換,48個(gè)I/ O端口，兩個(gè)UAR T看門狗，兩個(gè)內(nèi) 置16位定時(shí)器，可在線仿真的FLASH內(nèi)存,7路PWM輸山丄CD驅(qū)動(dòng)等。3）多種時(shí)鐘模塊。MSP43

4、0單片機(jī)有三種時(shí)鐘源可以選擇提供給 ACL K、SMCL K、MCL K。其中 L FXT1提供給外圍設(shè)備 32768Hz時(shí)鐘;L FXT2可 以提供高達(dá)8MHz的時(shí)鐘供單片機(jī)運(yùn)行使用。 DCO為單片機(jī)內(nèi)部提供并具有鎖相環(huán)，為系統(tǒng)提供一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘源。當(dāng)XTAL T2沒有提供時(shí)，系統(tǒng)依 靠DCO運(yùn)行，整個(gè)時(shí)鐘配置可以通過DCOCTL、計(jì)量技術(shù) 2005 1No 10China Academk JcuitulPublishingAl lightshttp:.cfiki.ticBCSCTLl、BCSCTL2和SR等控制寄存器中相應(yīng)的位來選擇和控制，以滿足用戶對(duì)系統(tǒng)的要求 。4）強(qiáng)大的處理能力。MSP

5、430具有豐富的尋址 方式（7種源操作數(shù)4種目的操作數(shù)），但只需要簡(jiǎn) 潔的27條指令，片內(nèi)寄存器數(shù)量多，存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn) 多種運(yùn)算，有高效的查表處理方法，這些都保證了可 以編出咼效的運(yùn)行程序 。5）方便高效的開發(fā)方式。支持在線仿真和編程，所配編譯器功能強(qiáng)大，具有FLASH存儲(chǔ)器，利用單片機(jī)本身具有的JTAG接口或片內(nèi) BOOTROM 可以在一臺(tái) PC及一個(gè)結(jié)構(gòu)小巧的 JTA G控制器的幫助下實(shí)現(xiàn)程序的下載，完成程序的在線調(diào)試，實(shí)時(shí)修改片內(nèi)寄存器和內(nèi)存的內(nèi)容，對(duì)使用者來說將大大提高程序的調(diào)試效率。6）熔絲保密功能和256位保密字相結(jié)合，幾乎沒有解密的可能 ，可以充分保證用戶程序的安 全性。112 M

6、SP430單片機(jī)在本系統(tǒng)中的應(yīng)用在我們所設(shè)計(jì)開發(fā)的新型智能水表中， MSP430單片機(jī)的典型應(yīng)用包括信號(hào)的采集處理以 及對(duì)外圍電路的實(shí)時(shí)監(jiān)控 。主要體現(xiàn)在：1）水流信號(hào)的檢測(cè)及處理來自流量計(jì)傳感器的水流信號(hào)經(jīng)前置電路處理后,轉(zhuǎn)換成一系列可測(cè)量的電壓脈沖信號(hào)。這些脈沖信號(hào)由單片機(jī)的 TIM ERA定時(shí)器進(jìn)行捕獲并由中斷服務(wù)程序?qū)崟r(shí)記錄 的轉(zhuǎn)換成用戶的耗水量 進(jìn)行精確計(jì)量的目的 下）。，經(jīng)過積算處理后，可以準(zhǔn)確，從而可以達(dá)到對(duì)微小流量（預(yù)期目標(biāo)是 0101m3/h以2）對(duì)閥門開啟系統(tǒng)的控制閥門開啟系統(tǒng)由電控閥與電控閥驅(qū)動(dòng)電路組成。在滿足特定條件的情況下，單片機(jī)輸出控制信 號(hào),經(jīng)放大電路處理后，可以

7、有效的控制電控閥的開 啟與關(guān)閉，以達(dá)到對(duì)用戶用水的有效監(jiān)控 。3）液晶顯示為了有一個(gè)良好的人機(jī)界面，便于管理及用戶 使用，利用液晶顯示相關(guān)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。MSP430F449單片機(jī)自帶內(nèi)置 LCD驅(qū)動(dòng)器160段， 可以縮小體積，降低成本，在休眠模式下典型電流僅 為0. 7uA。采用外部按鍵觸發(fā)引起中斷或插拔IC 卡開啟液晶，顯示關(guān)鍵信息，并降低了功耗。4）其他外圍電路的實(shí)時(shí)監(jiān)控在本系統(tǒng)中，為方便用戶使用，我們還設(shè)計(jì)了電 源監(jiān)控系統(tǒng)和聲音報(bào)警系統(tǒng)。為確保水表可靠運(yùn)行，配備了電源監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)電源電壓降至一設(shè)定值后，水表會(huì)將有用信息保存，同時(shí)關(guān)閉水閥并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。更換電池后，水表會(huì)自動(dòng)恢復(fù)有用的數(shù)

8、據(jù)并重新開始工作。當(dāng)有異常情況發(fā)生時(shí)，如有人為破壞事件，或 可用水?dāng)?shù)低于設(shè)定值或電池電壓低于設(shè)定工作電壓 時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)提示用戶引起注2新型水表的主要特征6年之1）功耗極低，普通鋰電池可持續(xù)工作久；2）靈敏度咼象；，可有效檢測(cè)水管的滴水、漏水現(xiàn)3）響應(yīng)快，信號(hào)處理及時(shí)，不存在盲計(jì)現(xiàn)象；4）控制簡(jiǎn)單有效，解鎖方便；5）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用和安裝方便，降低了制造 和安裝成本。3結(jié)束語本設(shè)計(jì)以MSP430單片機(jī)為核心，開發(fā)體積小、 高度集成的表閥一體化IC卡智能水表，以達(dá)到可以精確測(cè)量水量和控制用水的目的，開發(fā)過程中可以看出MSP430系列FLASH單片機(jī)功能全面，使用 方便，具有很高的實(shí)用價(jià)值，必將越來越廣泛地被應(yīng) 用到各個(gè)領(lǐng)域中。參考文獻(xiàn)1 魏小龍.MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,20022 吳志成，肇啟明.國內(nèi)智能化水表的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向.中國給水排水，2003 Vol.3 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機(jī).北京： 北京航空航天大學(xué)出版社,20024 胡大可.MSP430系列單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)與開發(fā).北京：北 京