MSP430单片机在新型智能水表开发中的应用

1、测量与设备MSP430单片机在新型智能水表开发中的应用王云平邵定国李朝东（上海大学，上海200072）摘 要 本文介绍了 TI公司的MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机的主要特点，给出了所开发新型水表的系统构成框图，并简单地介绍了该款单片机在新型智能水表开发中的主要应用。测量与设备关键词 MSP430 ；自动控制；智能水表1基于MSP430单片机的新型水表系统构成%抵譎.剋I九瓷V |-|新型智能水表的控制系统组成如图 1所示，主 要分为以下几个部分：即主控CPU、耗水检测电路、 阀门开启系统、IC卡通讯、电源监控系统、液晶显示 及声音报警等子系统。图1新型智能水表控制系统硬件组成

2、图1. 1 MSP430系列单片机的性能简介本系统的核心元件采用的是TI公司的MSP430系列单片机 。TI公司的 MSP430系列单 片机是TI公司推出的一种具有超低功耗特性的功 能较全的低成本16位单片机，它特别适合应用在各 种要求极低功率消耗的场所，如电池应用的场合或手持设备，它的硬件乘法器大大加强了其功能并提 供了软硬件相兼容的范围，提高了数据处理的能力。同时，该系列单片机将大量的外围模块整合到片内,特别适合于设计片上系统，有不同型号的器件可供 选择，给设计者带来很大的灵活性。适应工业级应用环境MSP430的运行环境温度范围为-4 C+85 C ,所设计的产品适合运行于工业环境下。该系

3、列单片机的主要特点在于：电源消耗的超 低功耗;CPU外围的高度整合性。其特点包括：1）低供电电压范围 1. 8V3. 6V ,在1MHz时钟条件下工作时工作电流视不同模式为0. 1 uA400uA有5种低功耗超低电流消耗模式，可使用电池供电，一节电池可工作 10年，在液晶显示时也能 达到0. 8uA的低电源消耗。片内数字控制振荡器 DCO可以使单片机在 6us的时间内从低功耗模式转变到活动模式。2）有丰富的片上外围模块，最多8路12位A/D转换,48个I/ O端口，两个UAR T看门狗，两个内 置16位定时器，可在线仿真的FLASH内存,7路PWM输山丄CD驱动等。3）多种时钟模块。MSP43

4、0单片机有三种时钟源可以选择提供给 ACL K、SMCL K、MCL K。其中 L FXT1提供给外围设备 32768Hz时钟;L FXT2可 以提供高达8MHz的时钟供单片机运行使用。 DCO为单片机内部提供并具有锁相环，为系统提供一个内部时钟源。当XTAL T2没有提供时，系统依 靠DCO运行，整个时钟配置可以通过DCOCTL、计量技术 2005 1No 10China Academk JcuitulPublishingAl lightshttp:.cfiki.ticBCSCTLl、BCSCTL2和SR等控制寄存器中相应的位来选择和控制，以满足用户对系统的要求 。4）强大的处理能力。MSP

5、430具有丰富的寻址 方式（7种源操作数4种目的操作数），但只需要简 洁的27条指令，片内寄存器数量多，存储器可实现 多种运算，有高效的查表处理方法，这些都保证了可 以编出咼效的运行程序 。5）方便高效的开发方式。支持在线仿真和编程，所配编译器功能强大，具有FLASH存储器，利用单片机本身具有的JTAG接口或片内 BOOTROM 可以在一台 PC及一个结构小巧的 JTA G控制器的帮助下实现程序的下载，完成程序的在线调试，实时修改片内寄存器和内存的内容，对使用者来说将大大提高程序的调试效率。6）熔丝保密功能和256位保密字相结合，几乎没有解密的可能 ，可以充分保证用户程序的安 全性。112 M

6、SP430单片机在本系统中的应用在我们所设计开发的新型智能水表中， MSP430单片机的典型应用包括信号的采集处理以 及对外围电路的实时监控 。主要体现在：1）水流信号的检测及处理来自流量计传感器的水流信号经前置电路处理后,转换成一系列可测量的电压脉冲信号。这些脉冲信号由单片机的 TIM ERA定时器进行捕获并由中断服务程序实时记录 的转换成用户的耗水量 进行精确计量的目的 下）。，经过积算处理后，可以准确，从而可以达到对微小流量（预期目标是 0101m3/h以2）对阀门开启系统的控制阀门开启系统由电控阀与电控阀驱动电路组成。在满足特定条件的情况下，单片机输出控制信 号,经放大电路处理后，可以

7、有效的控制电控阀的开 启与关闭，以达到对用户用水的有效监控 。3）液晶显示为了有一个良好的人机界面，便于管理及用户 使用，利用液晶显示相关数据和状态信息。MSP430F449单片机自带内置 LCD驱动器160段， 可以缩小体积，降低成本，在休眠模式下典型电流仅 为0. 7uA。采用外部按键触发引起中断或插拔IC 卡开启液晶，显示关键信息，并降低了功耗。4）其他外围电路的实时监控在本系统中，为方便用户使用，我们还设计了电 源监控系统和声音报警系统。为确保水表可靠运行，配备了电源监控系统。当电源电压降至一设定值后，水表会将有用信息保存，同时关闭水阀并发出报警信号。更换电池后，水表会自动恢复有用的数

8、据并重新开始工作。当有异常情况发生时，如有人为破坏事件，或 可用水数低于设定值或电池电压低于设定工作电压 时，蜂鸣器会发出报警信号提示用户引起注2新型水表的主要特征6年之1）功耗极低，普通锂电池可持续工作久；2）灵敏度咼象；，可有效检测水管的滴水、漏水现3）响应快，信号处理及时，不存在盲计现象；4）控制简单有效，解锁方便；5）机械结构简单，使用和安装方便，降低了制造 和安装成本。3结束语本设计以MSP430单片机为核心，开发体积小、 高度集成的表阀一体化IC卡智能水表，以达到可以精确测量水量和控制用水的目的，开发过程中可以看出MSP430系列FLASH单片机功能全面，使用 方便，具有很高的实用价值，必将越来越广泛地被应 用到各个领域中。参考文献1 魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例.北京：北京航空航天大学出版社,20022 吴志成，肇启明.国内智能化水表的应用现状与发展方向.中国给水排水，2003 Vol.3 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机.北京： 北京航空航天大学出版社,20024 胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发.北京：北 京