基于MSP430單片機的智能水位計設計

摘要：為解決我國水位監測野外條件下長期無人看守的問題，研制開發了基于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了水位數據的實時監測、記錄和定期采集等多種工作模式，而且提高了水位監測精度，實現了水位監測的智能化。
關鍵詞：MSP430單片機；水位監測；遠程控制；智能儀器

隨著微電子技術和計算機技術的不斷發展，引起了儀表結構的根本性變革，以微型計算機為主體，將計算機技術和檢測技術有機結合，組成新一代“智能化儀表”，在測量過程自動化、測量數據處理及功能多樣化方面與傳統儀表的常規測量電路相比較，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，更容易實現高精度、高性能、多功能的目的。水位監測廣泛應用于水利、電力、城市供水、防洪等多領域，但是目前的水位觀測方法精度不高，不能全自動、實時動態監測，因此，在綜合研究目前水位監測的實際情況以及特點的基礎上，利用現代電子技術，特別是單片機技術和傳感器技術，設計開發一種通用性好、可靠性高、維護方便，可適用于多種監測環境的多模式智能水位計具有重要的實際意義。

1 智能水位計系統組成
該智能水位計以單片機為核心，由主控系統、水位采集模塊、數據保存模塊、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，實現終端遙控和水位遙測。組成框圖如圖1所示。

主控系統對各個模塊起到控制作用，是各個模塊正常工作的基礎，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量的重要參數。由傳感器、模數轉換，單片機完成。數據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。

2 各模塊功能實現
2．1 主控系統
主控系統對各個模塊的供電、使能，工作等起到控制作用，是各個模塊正常工作的基礎，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。本系統選用的是MSP430F435，工作電壓范圍1．8～3．6 V；5種節電模式，每1 MHz功耗電流0．1～400 μA，同時能夠在實現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 數據采集模塊
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量的重要參數。水位采集模塊主要由ADS1110和傳感器完成。ADS1110是一種精密、可連續自校準的串行A／D轉換器，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的數據線SDA和時鐘線SCL。通過軟件控制時鐘和數據的傳輸。水位采集流程如圖2所示。