基于MSP430單片機的智能水位計設(shè)計

摘要：為解決我國水位監(jiān)測野外條件下長期無人看守的問題，研制開發(fā)了基于MSP430單片機的智能水位計。從其組成到各功能分別進行了詳細的介紹，該智能水位計不僅實現(xiàn)了水位數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、記錄和定期采集等多種工作模式，而且提高了水位監(jiān)測精度，實現(xiàn)了水位監(jiān)測的智能化。
關(guān)鍵詞：MSP430單片機；水位監(jiān)測；遠程控制；智能儀器

隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，引起了儀表結(jié)構(gòu)的根本性變革，以微型計算機為主體，將計算機技術(shù)和檢測技術(shù)有機結(jié)合，組成新一代“智能化儀表”，在測量過程自動化、測量數(shù)據(jù)處理及功能多樣化方面與傳統(tǒng)儀表的常規(guī)測量電路相比較，取得了巨大進展。智能儀表不僅能解決傳統(tǒng)儀表不易或不能解決的問題，還能簡化儀表電路，提高儀表的可靠性，更容易實現(xiàn)高精度、高性能、多功能的目的。水位監(jiān)測廣泛應(yīng)用于水利、電力、城市供水、防洪等多領(lǐng)域，但是目前的水位觀測方法精度不高，不能全自動、實時動態(tài)監(jiān)測，因此，在綜合研究目前水位監(jiān)測的實際情況以及特點的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代電子技術(shù)，特別是單片機技術(shù)和傳感器技術(shù)，設(shè)計開發(fā)一種通用性好、可靠性高、維護方便，可適用于多種監(jiān)測環(huán)境的多模式智能水位計具有重要的實際意義。

1 智能水位計系統(tǒng)組成
該智能水位計以單片機為核心，由主控系統(tǒng)、水位采集模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、控制顯示模塊與上位機通信模塊組成，完成水位測量、存儲、控制與實時顯示等功能。也可作為終端，通過單片機的串口與上位機通信，實現(xiàn)終端遙控和水位遙測。組成框圖如圖1所示。

主控系統(tǒng)對各個模塊起到控制作用，是各個模塊正常工作的基礎(chǔ)，主要由單片機完成。
水位信息采集模塊是水位計的核心部分，采集到的水位信息的精度是衡量水位計質(zhì)量的重要參數(shù)。由傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機完成。數(shù)據(jù)存儲模塊由外部非易失存儲器和單片機完成，水位計定時采集水位信息，并保存在外存上。記錄可通過液晶屏讀出。
控制與顯示模塊由鍵盤和液晶屏完成，提供人機接口。
與上位機通信部分是智能儀表的必要條件，主要由MAX3485和MSP430單片機的串口部分實現(xiàn)。

2 各模塊功能實現(xiàn)
2．1 主控系統(tǒng)
主控系統(tǒng)對各個模塊的供電、使能，工作等起到控制作用，是各個模塊正常工作的基礎(chǔ)，主要由MSP430單片機完成。
相比于MCS和PIC等系列，MSP430系列單片機是超低功耗、功能強大的16位單片機。本系統(tǒng)選用的是MSP430F435，工作電壓范圍1．8～3．6 V；5種節(jié)電模式，每1 MHz功耗電流0．1～400 μA，同時能夠在實現(xiàn)液晶顯示的情況下只耗電0．8μA。此外MSP430單片機片上資源豐富，集成度高，能夠滿足智能遙測終端機對體積功耗的需求。
2．2 數(shù)據(jù)采集模塊
水位信息采集模塊是水位計的核心部分，采集到的水位信息的精度是衡量水位計質(zhì)量的重要參數(shù)。水位采集模塊主要由ADS1110和傳感器完成。ADS1110是一種精密、可連續(xù)自校準的串行A／D轉(zhuǎn)換器，帶有差分輸入和高達16位的分辨率，測量的電壓誤差為0．001 V，精度高。其串行接口為I2C總線。單片機可通過軟件模擬I2C總線實現(xiàn)與ADS1110的連接。具體方法是將單片機的I／O接口連接至I2C的數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL。通過軟件控制時鐘和數(shù)據(jù)的傳輸。水位采集流程如圖2所示。