MSP430在大量程浮子式液位计中的应用

　　水文测量中最常用的测量终端莫过于液位计，按测量方式大致可分为机械浮子式、光电浮子式、超声波式、激光式、振弦式等多种形式，它们各有优缺点。机械浮子式和光电浮子式都是来用机械齿轮减速产生进位和退位的办法来形成编码，为了产生可靠编码，一般都用格雷码输出，这种液位计的优点是价格相对较低，缺点是机械加工复杂、运行阻力大、使用寿命短;超声波液位计和激光液位计测量精度较高且没有机械部件，故可靠性较高，但使用中发现它对反射目标有一定的要求，受环境因素影响较大，最关键的一点是因为复杂的信号处理电路导致其成本居高不下，目前还难以推广;振弦式液位计主要用于小量程液位的测量。为了用较低的成本完成大量程液位的长期可靠测量，笔者利用MSP430单片机的低功耗特性结合光电液位的绝对位置测量功能设计了一种新型液位计—磁光液位计，现简要介绍如下。

　　1 机械工作原理

　　本液位计同普通光电液位计一样有一个光电码盘(如图1所示)，码盘白色部分反射光线，而黑色部分吸收光线，图2所示的光耦和图1所示的码盘间距约2mm，并采用圆心安装。光耦随电路板固定在液位计外壳上，液位变化时浮子牵引水位轮转动，安装在同一轴上的码盘也随水位轮作圆周运动，当码盘旋转时，码盘就会吸收或反射来自光耦的光线，从而使8位光耦根据码盘和光耦的相对位置输出8位格雷码编码，传统的光电液位计用一个减速齿轮带动另一个码盘转动从而获得高位编码，而本液位计摒弃了所有的齿轮减速机构，用安装角度为120°的三只干簧管来计算码盘旋转的圈数，当码盘旋转时安装于其上的磁铁依次吸合三只干簧管，根据这一次序就可以判断液位是以液位上升的方向增加圈数还是以液位下降的方向减少圈数。这样一来单圈的绝对位置可以通过码盘的编码得到，而旋转的圈数可以由干簧管的吸合次序得到，综合起来就可以得到液位高程，从而完成液位的测量。

　　2 MSP430单片机简介

　　MSP430系列是TI公司的超低功耗单片机，它有多种低功耗模式，在LPM4模式时的典型工作电流仅为0.1μA，并能在6μs内响应外部中断;另外它还有特别宽的工作电压范围：1.8～3.6V，实际使用中发现：常温下即便电源电压为1.2V，该器件仍能全速正常工作。MSP430F133的性能特征见表1。

　　表1 MSP430F133的性能特征

　　设计时选用一只1F的电容来储存电能，假设加上12V电源后电路充电电流为100mA，充电时间为2s，则按0.5μA(实际放电电流不大于此数据值)放电可持续110小时。因此只要液位测量间隔不大于110小时就能保证单片机在掉电期间正常工作。在本电路中MSP430平时以内部RC振荡器作为主时钟，以钟表晶体振荡器(32768Hz)作为通信时钟，最高通信速率可达9600bps，低功耗LPM4时关闭所有时钟源。