基于MSP430F133单片机的改进型浮子式液位计

　　图3所示是本液位计电路的工作原理图，当测量当前液位时，首先由上位控制器给电路加12V电源，此时继电器JD1吸合，一方面由R28、U3组成的稳压电路给电容C46进行恒流限压充电，以补充断电后单片机工作所需电能，另一方面将Wake信号由“0”切换到“1”，唤醒单片机进入全速正常工作状态，通过测量8只光电耦合器电平可得到码盘在一个圆周内的具体位置编码(8bit格雷码)，再加上正(反)向旋转的圈数就可以计算出实际液位，也可换算成格雷码输出以兼容其它浮子式液位计，同时还通过485总线按要求的协议输出液位以满足自动测量的要求。6位液晶显示器用于在本地显示液位值，其电源由单片机的口线来提供，目的也是便于在掉电时关闭液晶显示器的电源。

　　一旦外部+12V电源撤去，Wake信号将消失，单片机立即将口线切换到合适的电平，并进入低功耗状态LPM4，此时CPU的功耗只有0.1μA，码盘上的磁铁随码盘转动，当磁铁转动到三只干簧管附近时，干簧管吸合并立即引起单片机引脚电平的变化，MSP430单片机能在6μs的时间内在低功耗状态响应这一变化，记录下变化过程后又立即回到低功耗状态以最大限度地节省电能。研究中发现，干簧管从吸合状态回到断开状态有一个迟滞过程，正好可以防止液位在某一点轻微波动时使干簧管频繁动作，从而避免单片机退出掉电状态而消耗额外的电能。在电路板上三只干簧管以120°的间隔均匀地分布在同一圆周上，允许液位计以尽可能大的角速度旋转。假定MSP430F133响应并处理一个外围中断的时间(与中断程序复杂程度和时钟速度有关)为200μs，则CPU能够响应的最大角速度为120°/200μs。在笔者的一个制作实例中电路(含干簧管部分)经过了120圈/秒的测试。外围电路除干簧管在吸合状态要吸收3.0V/20M=0.15μA电流外，其余电路均不消耗电流，这样整机待机电流最小0.1μA，最大0.25μA，若电容充满电可保证单片机在掉电后仍能正常工作一个月以上。

　　由于舍弃了机械减速装置，液位计转动时只需克服两只固定轴承的阻力，因此，大大加强了机械灵活性和可靠性。当传动轮周长为256mm时，液位计的分辨率为1mm，能满足大部分测量要求。图3中采用16位格雷码输出，量程可达65.535m，若用软件将液位分辨率设置为1cm，则输出量程可达655.35m，实际上只要引出线足够多，量程并没有限制，可根据要求做成任意量程的液位计。图3的电路图只是原理示意图，实际应用中还要考虑抗干扰、野外使用的防雷处理等。

　　液位计的软件设计也非常简单，限于篇幅不多赘述，只需注意的是：在进入LPM4前将口线置成合适的电平，如格雷码输出置成低电平、485接口芯片U10置成低功耗状态、液晶口线和电源置成低电平，以便使口线不消耗电流，从而使整机的低功耗得到保证。