MSP430F149在简易硅分析仪中的应用

　　水中5102的含量是水质鉴定的一项重要指标，尤其是对各大型石化企业来说，动力锅炉给水的质量要求极为严格，如在动力锅炉供水中二氧化硅的含量过高，被二氧化硅污染的高压蒸汽，将在蒸汽动力设备的关键部件上形成不溶沉积物，表现为锅炉、蒸汽轮机等重要设备的效率、容量下降并影响平稳运行。因此，一般在大的动力锅炉给水系统上都设有在线5102分析仪(其价格昂贵)对硅含量进行实时监测)本文利用蓝光探测器和MSP430F149超低功耗微处理器设计了一种实用的监测仪器。

　　1硅含量的检测原理

　　水中的可溶5102同钥酸根应生成黄色的钥酸硅络合物，为增加检测的灵敏度，用还原剂将钥酸硅络合物转化为深蓝色的钥蓝复合物，这种钥蓝复合物对特定波长的蓝光具有强烈的吸收作用。利用钥蓝复合物的这一特性，根据图1所示的测试原理，特定波长(82Onm)的蓝光源发出强度为P。的人射光进人吸收池，在吸收池中，钥蓝吸收一部分光，钥蓝浓度越高它所吸收的光强度越大，出射光也就越弱。光检测器对出射光的强度进行检测，再参照钥蓝复合物与吸光率关系曲线，即可测定出样品中5102的含量。

        2硬件的构成原理及设计

　　硅分析仪主要由MSP430单片机、数据采集、键盘显示、串口通信、实时时钟等部分组成。电路中器件很少，功耗较低且功能强大。具体硬件电路原理如图2所示。

　　由图2可以看出光强度信号经过光检测器转换为模拟电信号，再经过放大滤波进人MSP43OF149的A/D转换输人管脚。模拟信号被单片机处理后，一方面送到LCD显示部分显示样品中硅的浓度值，另一方一面送到存储部分保存。而且系统还可以通过通讯接口使得MSP430F149与计算机通信，将结果送入上位机以便于数据的分析和整理。

　　2.1MSP430单片机

　　单片机系统是监测仪的核心，它完成仪器的功能设定、测量对象选择、信号处理存储、状态信息显示、数据通讯等功能。美国德州仪器公司的带闪速存储器的MSP430F14x系列超低功耗单片机具有低功耗、运行速度快、开发方式高效、适应工业级运行环境等优点，同时将各种外围资源集成在片上。本文所述的硅分析仪充分利用了MSP430系列单片机提供的各种软硬件优点，大大简化了外围模块的设计。本设计采用MSP430F149。MSP43OF149包含:6Ok的片内FLASH、Zk的RAM，12位A/D，2个16位定时器，1个看门狗，2个串行通信接口等。

　　2.2信号采集与储存

　　光电转换电路是硅分析仪的关键环节，要有足够高的分辨率、信噪比和稳定性，数据采集器是一种弱电流放大器，要有很小的温漂和时漂。仪器的性能主要取决于这部分。我们采用的光发射器是波长为820nm的蓝光LED。光接收传感器选用OPT301芯片。OPT301是BuRR一BROwN公司生产的一种集光电二极管和电流/电压转换放大器于一体的光电集成器件。整个器件在功耗、噪声、温漂方面的性能都优于分立元件。OPT301输出电压到MSP430的A/D通道A0，可以手动或自动按一定的时间间隔启动A/D转换，转换结束后由中断程序把转换后的值存人指定的寄存器，留待全部转换结束后处理。为提高A用转换精度，在采样过程中使用过采样技术和求平均值法。本设计另一特点是利用MsP430的高效查表功能，编制了硅浓度测量的非线性校正和补偿表格，极大地提高了程序运行速度和采集精度。表格的生成是在有限个数据基础上通过拉格朗日插值进行曲线拟合获得。