Design of the Measuring Instrument to the liquid level Based on MSP430 MCU
摘要：本文介绍了以MSP430单片机为核心构成的多路称重式液位测控仪的组成、原理及硬、软件设计方案。系统主要由压力传感器、信号处理电路、电磁阀、输出驱动电路、汉字液晶显示器、键盘、声光报警电路、以及MSP430MCU的主机电路构成，实现了全自动液位监控、超限报警并具有以主-从站模式联网功能。
关键字：液位检测；主、从站通信；MSP430单片机；V/F转换；

Abstract: 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 MCU. This system is made of pressure sensor, signal processing 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； MSP430MCU；V/F convert
1引言
液位测控仪是属于智能化仪器仪表的一种（指采用了微处理器的仪器仪表），其发展始于70年代[1]。它是一种集测量与控制于一体的智能化产品，适用于石油化工、冶金、电力、制药、环保等行业中各种介质的液位测量。本仪器主要针对罐体内液体进行测量并能计算其重量，适用于对各种液态物质进行静态和动态测量与监控，并具有超限报警和主-从站模式联网功能。
2  系统设计方案
2.1  液位传感器的选择
    一般情况下在液位测量中所采用的传感器有：压力传感器、超声波传感器、浮子式传感器等，由于系统设计中要求在测量液位的同时还要实现液体重量的检测。在液罐内，液体重量P的检测可直接利用计算得到，即P=H*S*ρ（H为液体高度CM；S为圆面积M2；ρ为液体比重），因此只有提高液位测试的分辨率才能保证液体重量测试的精度，本系统中液位测试分辨率为1cm。另外，考虑到压力传感器接口电路相对采用超声波传感器的接口电路要简单，因此确定采用压力传感器。
2.2  MSP430单片机
    MSP430单片机为低功耗16位单片机，具有典型的SOC特点，集成大量外设。尤其是其内部集成的波特率微调器，可以使MCU在不低于32768HZ的任意晶振（但不能超过MCU对晶振要求的上限）下工作时，其通信波特率的选择可不受波特率因子不能带有小数的限制，即：在波特率的允许范围内可使用任意频率的晶振[2] [3]。另外，由于MSP430 MCU内部集成了温度传感器，可以很方便的实现对测液位所用的压力传感器的温度补偿。而且MSP430系列单片机针对不同的应用而由各种不同的模块组成，这些微控制器被设计为可用电池工作，并且可以使用很长时间。
2.3  模拟信号转换技术
由于系统的执行部件为电磁阀，易产生电磁干扰，因此为能够可靠的工作必须要使系统具有较高的抗干扰性。
一种方法是直接利用MCU内部的A/D转换器，其特点是：无须外围电路，采样速度快，但抗干扰能力较差[4]。
另一种方法是使用V/F变换器来实现A/D转换。由于V/F变换是利用积分电容的电荷平衡原理实现电压频率转换，因此该方式稳定性好，分辨率高，信号线少，便于实现光电隔离以提高系统的抗干扰性，但转换速度相对较慢。
考虑到压力信号是一个缓变信号，一般无须快速采样，为使系统具有较高的抗干扰性，根据分析对比，选择采用V/F变换器来实现对压力信号的处理，计算处理较简单，在测量精度方面也能达到使用要求，并且易于做到实时控制。

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