基于MSP430FW427单片机的无磁水表设计

1 MSP430FW42x单片机介绍

MSP430FW42x系列单片机是TI公司针对电子式流量与旋转运动检测最新开发的专用MCU芯片，它将超低功耗MCU、旋转扫描接口(SCAN IF)和液晶显示LCD驱动模块完美地结合在一起。该器件的超低功耗结构和流量检测模块不仅延长了电池的寿命，同时还提高了仪表的精度与性能。MSP430FW42x单片机的典型应用包括热量仪表、热水和冷水仪表、气体仪表和工业流量计、风力计以及其他旋转检测应用。

2 流量测量的原理

2.1 基本原理

一个由叶轮或螺旋齿轮构成的机械装置把流体流动转换为转动，这种转换能够实现对流体流量的测量。

把一个谐振回路中的电感置于叶轮的上方可以检测到叶轮的转动，叶轮的一半敷有铜或其他有阻尼性的金属。由电感在叶轮上方的位置决定谐振回路的阻尼系数，电感位于区域a时，回路的阻尼系数高于电感位于区域b时。通过测量谐振回路的不同阻尼系数，可以实现对转动的测量。图1为测量原理示意图。

2.2 振荡测试法

图2给出了2个传感器位于不同区域时的振荡波形，MSP430FW42x单片机采用振荡测试法把不同的衰减幅度转换为数字信号进行测量。这种方法把图2中的传感器1的减幅系数表示为L，传感器2的减幅系数表示为H。

2．3 信号处理

随着叶轮转动，传感器l和传感器2的信号随之不断改变。图3给出了两个传感器的状态变化，如果知道前一个状态和新的状态，则同时可以得出旋转的方向。增计数：由状态d变化到状态a；减计数：由状态b变化到状态a。

3 采用MSP430FW427单片机设计的无磁水表

采用MSP430FW427单片机设计水表具有非常简单的电路结构，流量测量部分由MSP430FW427单片机内置SCAN IF模块完成。图4为采用MSP430FW427单片机设计的无磁水表系统原理框图。

4 SCAN IF模块设计

SCAN IF模块能够在低功耗下自动检测线性或旋转的运动。SCAN IF模块如图5所示，由3部分组成：模拟前端(AFE)、信号处理状态机(PSM)和定时状态机(TSM)。其中模拟前端激励传感器，检测信号并把信号转换为数字形式；这些数字信号进入信号处理状态机，信号处理状态机根据这些信号分析并计数旋转运动；定时状态机控制模拟前端和信号处理状态机。