基于MSP430单片机的液位测量仪设计毕业论文外文翻译.docx
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基于MSP430单片机的液位测量仪设计毕业论文外文翻译.docx
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基于MSP430单片机的液位测量仪设计毕业论文外文翻译
基于MSP430单片机的液位测量仪设计
摘要:
本文介绍了基于MSP430系列单片机的液位测量仪的组成、原理、硬件及软件设计,并介绍了多路复用测量和控制仪器对页面测量和控制。
该系统由压力传感器、信号处理电路、电磁阀、输出驱动电路、汉字液晶显示器、键盘、光报警电路和MSP430MCU组成,实现了液位自动监测和自动报警功能。
关键词:
液位测量;主从通信;MSP430SCM;V/F转换器
中国图书分类:
TP273文献标示码:
B
1.前言
测量和控制仪表的液位表属于智能仪表,是20世纪70年代开发成功的。
这是一个智能的可综合测量和可控制相结合的产品,可在许多工业领域用于测量各种介质的液位。
例如:
石化、冶金、电工、电力、制药、环保产业。
该仪器可以测量液位,并计算出它的重量,所以它可以用来测量、控制液体静态、动态地品种,还有全球报警功能。
2.系统设计
2.1液位传感器的选择
有各种各样的传感器可以用于液位测量,例如:
压力传感器、超声波传感器、浮动式传感器等。
系统设计不仅需要实现测量液位的功能,还要探测出液体的重量。
在实验中,检测液体的重量P是直接通过计算获得,这是
(
为液体公分,
是圆的面积,
是液体密度)。
因此,用1厘米的液体测量构造系统来进步测量液位重量的测量精度。
此外,我们认为,压力传感器接口电路比超声波传感器容易,所以我们决定采用压力传感器。
2.2MSP430系列单片机
低功耗16位的MSP430单片机,具有典型特征的SOC,是大量的外围集成设备。
特别是微调波特率内部集成器件,它可以使任何单片机晶体振荡器工作在32768Hz以上(但不超出晶体振荡器上限),其通信频率的选择没有小数限制,也就是说,它可以使用答应频带率范围内的晶体振荡器工作在任何的频率值。
此外,MSP430单片机内部集成有温度传感器,因此它可以很方便的实现对压力传感器测量液位的温度补偿。
此外,MSP430系列单片机针对不同的模块有不同的应用和微控制器,还设计了电池供电,它可以工作很长时间。
2.3模拟信号转换技术
因为执行单位是电磁圈,很容易产生电磁干扰,从而使系统必须有足够的抗干扰才能来保证工作。
有两种方法来进步系统的抗干扰才能:
一种方法是直接使用A/D转换模块,它的特点是它不需要外围电路,具有很快的采样率,但抗干扰才能差。
另一种方法是用V/F转换实现A/D转换。
由于V/F转换利用电容电荷平衡的原那么,实现电压到频率的转换,因此,该方法具有较好的稳定性,更高的分辨率,更少的信号线,易于实现光电隔离,进步系统抗干扰才能,但转换速度较慢。
通过比拟和分析,我们认为,压力信号是一个缓慢的信号,一般不必使用快速采样,为了使系统具有较高的抗干扰才能,所以我们选择使用V/F转换器。
这个选择又更容易计算和处理,可以实现应用的测量精度等级要求,且易于实现实时控制。
3.系统总体构造及工作原理
整个系统是由单片机主机系统、传感器信号处理电路、光电报警电路、键盘、液晶显示、功率模块和通信模块等组成。
系统数据总线接口P1的作用是把输出的V/F信号转换为中断恳求信号和连接电路,单片机的P2.4,P2.6,P2.7引脚分别控制执行单元的电磁阀信号、输入和输出电磁阀开关。
引脚P2.5控制光报警电路的信号。
键盘接口电路、单片机控制和六针系统的按键,通过P3.0,P3.1和P3.2引脚控制。
74HC245系统输出信号、数据和控制信号LCD液晶汉字界面通过P3.0和P3.3引脚控制。
P3.4和P3.5作为单片机串行通信的数据总线,并连接到节点之间的通信电路之间提供从网络主站点和串行通信。
电源模块系统可以生成3.3V,+5V和-5V的电压值,可以为接口电路主机系统和传感器提供稳定的工作电压。
该系统通过压力传感器对液体压力进展数据采集,在V/F转换模块中对液面高度和液体的重量实现高精度测量,该系统在液位超越报警电路时自动进展光学报警。
用户可以通过输入和输出来设定上下限液位,通过使用液体体积一些参数,使液面保持在设定值。
该系统可在容器液位液晶显示器上显示上下限液位,液位的重量。
主站点可以控制任何从站点,同时完成八个从站点和主站点之间的通信。
主站点有该系统的整体功能,可设置上下所有从站点液位限制。
当它在检测电路时,主站点可以任意设置从站点数量和从站点液位的高度。
主站点可以进展光报警,并显示从站点的数量,当发现从站点液面超过主站点设定值时发出报警。
同时,主站点通过通信模块接收从站点传输的数量和液位报警信号,控制从站点的信息,并执行自动报警和解除。
从站点的数量可以任意设定。
该系统实时显示在工作环境中的时间和温度。
4.系统硬件电路设计
4.1V/F转换电路设计
见图2,输入电压从引脚7输入,通过射频追随者的LM331,电阻RD7可以抵消漂移引脚6的影响,减少频率误差。
RD13选择51K抗性CD1滤波电容器来减少以RD10,RD11,CD2引起的LM331的误差偏向。
逐步改变引脚6和引脚7的输入。
输入电业阶跃变化将导致输出频率变化,假如CD3大于CD1系统将立即停顿。
电阻和电容的引脚6针会产生滞后效应,以获得疯抢的线性关系。
图2V/F转换电路
4.2液体检测和控制电路
该系统通过压力传感器采集的数据信号,用运算放大器放大信号。
放大后的信号传送到V/F转换进展电压频率转换,输出频率信号作为中断恳求传给单片机的P2.4引脚,并将其转化为页面位置,并根据设定液面的上下限可以控制相应的电磁阀,保持液面高度与设定值一致。
通过LED灯方便调试观察电路每个电磁阀的工作状态,并说明,目前的工作是输出液阀或输入液阀。
该控制电路见图3。
图3液体检测和控制电路
4.3光报警电路设计
在光报警电路是由三极管,发光二极管,电阻,电容和蜂鸣器组成。
液位测量值超过预定值时,单片机将发出报警。
当LED点亮后,承受报警信号,蜂鸣器会产生光声探测报警。
5.系统硬件设计
系统硬件构造模块可划分为六大模块,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,与主站点和从站点通信模块和时间环境温度检测模块。
设置参数以初始化系统模块,这是显示缓冲,堆栈指针,操作标志和登记工作,每一个I/O端口,系统定时器模块和通信模块的终端设置等。
键盘模块负责识别和处理,通过按键调用相应的处理子程序进展处理工作,实现设置输入和输出液量及上下限报警极限,可以手动通过按键控制每一电磁阀。
当液体超过报警限时,该系统将调用液位检测和控制模块进展相应的控制,并作出相应的电磁阀的行为。
通过使用通讯模块主站点,系统将自动检测和控制发送相关的数据和控制参数。
每个从站点的现场检测和控制会拦截主站点发动不正常数据,并会马上处理。
6.完毕
该仪器可广泛应用于测量水,油,酸,酒和饮料等液面的上下。
它可以自动根据输入和输出的液体设定上下限液位阀值,并具有多种在线功能。
它具有性能稳定的优点,具有体积小,测量和控制准确,灵敏,安装和使用平安方便,并具有低功耗的特点。
目前,该仪器已投入食品企业。
16位SCMMSP430具有较高的性能和在低功率系统中比8-15位系列单片机更好用。
测量的方法非常简单,而且精度高,拥有很广的范围,具有重量和主从在线模型的功能。
DesignoftheMeasuringInstrumenttotheliquidlevelBasedonMSP430SCM
YANGXIAOJINGWANGZHIQIANGCHENPING
Abstract:
Thispaperintroducedthecomponents,principleandthehardwareandsoftwaredesignofthemultiplexingmeasuringandcontrolinstrumenttotheliquidlevelthatisbasedonMSP430SCM.Thissystemismadeofpressuresensor,signalprocessingcircuit,electromagneticvalve,outputdrivingcircuit,ChinesecharacterLCD,keyboard,opticalarmcircuitandMSP430MCU,andrealizedLiquidlevelautomaticmonitor,outrangealarmandonlinefunction.
Keywords:
Liquidlevelmeasurement,Master-slavecommunication,MSP430SCM,V/Fconvert
ClassnumberbyChineseLibraryClassification:
TP273
Literatureidentificationcode:
B
1Preface
ThemeasuringandcontrolinstrumenttotheliquidlevelbelongtoIntelligentInstrument(aninstrumenthaveusedmicroprocessor),haddevelopedin1970s.It'sanintelligentproductthatintegratedmeasuringandcontrol,whichcanbeusedinmanyindustryareastomeasuringallkindsofmedia'sliquidlevel.Forexample,petrolchemistry,metallurgy,elec.powerindustry,pharmaceutics,environmentalprotectionindustry.Thisinstrumentcanmeasureliquidlevelintank,andcancalculateitsweight,sothatitcanbeusedformeasuringandcontrollingvarietiesliquidstaticallyanddynamically,italsohasoutrangealarmandonlinefunction.
2SystemDesign
2.1choiceofliquidlevelsensor
Therearevarioussensorscanbeadoptedatliquidlevelmeasurement,forinstance,pressuresensor,ultrasonicsensor,float-typesensorandsoon.Systemdesignrequiresrealizingnotonlymeasureliquidlevelbutalsodetectingliquidweight.Inthetank,detectliquidweightPcandirectlygainthroughcalculate,thatis
(
isliquidheightCM,
iscirclearea,
isliquidproportion).Forthisreason,onlytoimprovetheresolutionofliquidmeasurementcanguaranteeaccuracyofliquidweightmeasurement,theresolutionofliquidmeasurementis1cminthissystem.Inaddition,weconsideredthattheinterfacecircuitofpressuresensoriseasierthanultrasonicsensor,sowedeterminedadoptpressuresensor.
2.2MSP430SCM
MSP430SCMislow-power16bitSCM,hastypicalcharacteristicofSOC,integratedlotsofperipheraldevices.Especiallyintegrateddeviceoffine-tunebaudrateinside,itcanmakewheneverMCUworksatanyvalueofcrystaloscillatorabove32768HZ(butdoesn'tbeyondtheupperlimitofcrystaloscillator),itschoiceofcommunicationbandratecanmakebandratefactorusedecimalwithoutrestriction,thatis,itcanuseanyfrequencyvalueofcrystaloscillatorinpermittedrangeofbandrate.Moreover,MSP430MCUintegratedtemperaturesensorinside,soitcanberealizetemperaturecompensationtopressuresensorusedbyliquidlevelmeasurementconveniently.Further,MSP430seriesSCMweremadeupofdifferentmodulesagainstdifferentapplicationandthemicrocontrollersweredesignedpoweredbybattery,anditcanworkedlongtime.
2.3ConvertTechnologyofAnalogSignal
Becauseexecuteunitofsystemiselectromagneticvalve,iteasilytogenerateelectromagneticinterference,sothatthesystemmusthasenoughanti-interferencecapacitytoguaranteereliablework.Therearetwowaystoimproveanti-interferencecapacityofsystem:
OnewayisuseA/DconverterofMCUdirectly,thatcharacteristicisitdoesn'tneedperipheralcircuitsandhasfastersamplingratebuthasworseanti-interferencecapacity.
AnotherwayisuseV/FconvertertorealizeA/Dtransformation.BecauseofV/Fconverterutilizeelectricalchargebalanceprincipleofintegralcapacitancetorealizevoltage-to-frequencyconvert,sothatthiswayhasbetterstability,higherresolution,fewersignalwire,easytorealizephotoelectricisolatetoimproveanti-interferencecapacityofsystembuthasslowertransformationspeed.
Weconsiderthatpressuresignalisaslowlysignal,usuallyneedn'trapidsampling.Letsystemhashigheranti-interferencecapacity,chooseuseV/Fconvertertorealizeprocesstopressuresignalthroughcomparedandanalyzed.Thischoicehaseasiercalculateandprocess,canachieveapplyrequirementinmeasurementaccuracylevel,andeasiertorealizerealtimecontrol.
3SystemGeneralStructuresandPrinciple
ThewholesystemismadeupofSCMhostsystem,sensorsignalprocessingcircuit,liquidcontrolcircuit,opticalarmcircuit,keyboard,liquidcrystaldisplay,powermoduleandcommunicationmoduleetc..P1interfaceactasdatabusofsystem,outputsignalofV/FconvertcircuitasinterruptrequestsignalandlinktoP2.4pinofSCM,P2.6pinandP2.7pinactascontrolsignalofexecuteunitelectromagneticvalve,controlinputliquidandoutputliquidelectromagneticvalveseparately.ControlsignalofopticalarmcircuitisP2.5pin.KeyboardinterfacecircuitlinkedtoSCMtocontrolsixkeystrokeofsystemthroughP3.0pin,P3.1pinandP3.2pin.Systemoutputsignalto74HC245fordatainterfaceofChinesecharacterLCDthroughP3.0pinandP3.3pin,andP3.0pinandP3.3pinascontrolsignalofLCD.P3.4和P3.5actasserialcommunicationdatabusofSCM,andconnectedtonodeacrosscommunicationcircuittoprovideserialcommunicationbetweenMastersiteandslavesite.Powermoduleofsystemcangenerate3.3V,+5Vand-5Vvoltagevalue,canprovidedstabileworkvoltagevalueforhostsystemandsensorinterfacecircuitseparately.
Thesystemcarriesoutdatagatheringofliquidpressurethroughpressuresensor,torealizehighaccuracymeasurementafterV/Fconvertmoduledemarcateliquidlevelheightandliquidweigh.Thesystemwillstartalarmcircuitcarryoutopticalarmautomaticallywhenliquidlevelinvesselbeyondsetpoint.Usercansetupperandlowerlimitofliquidlevelandsomeparametersaboutinputandoutputliquidvolumethroughusekeyboard,tomakeliquidlevelinvesselkeepsetpoint.Thesystemcandisplayliquidlevelatpresent,upperandlowerlimitofliquidlevel,liquidweightinvesselatpresentandstateofinputandoutputliquidvalvethroughuselargescreenChinesecharacterLCD.Mastersitecancontrolanyoneofeightslavesites,andaccomplishsimultaneouslycommunicationbetweenmastersiteandslavesites.Themastersitehaswholefunctionofthissystem,cansetupperandlowerlimitofliquidlevelofallslavesites.Whenitincircuitdetecting,themastersitecanarbitrarysetslavesiteamountandslavesitenumberandliquidlevelheightinslavesitevesselwhatneedquery.Themastersitecancarryoutopticalarmanddisplayslavesitenumberthatalarmed,whenliquidlevelofmastersiteandslavesitebeyondsetpoint.Atthesametime,theslavesitealsocantransferslavesitenumberandliquidlevelandalarmsignaltomastersitethrough
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