MSP430在自動恒壓供水系統中的應用設計

田東鉅

(順德水業控股有限公司，廣東 佛山 528300)

1.引言

隨著城市化建設規模的逐步擴大以及生活水平的不斷提高，人們對自來水公司供水的可靠性要求越來越高，尤其是供水水壓方面的要求[1]，人們通常都希望水壓能夠穩定恒壓。由于人工方法不夠智能，很難做到實時性調節水壓[2]，因此，在現今的供水系統中，傳統的人工調節閥門的方法已經逐漸被自動化的設備所取代。如何保證恒壓供水，使供水時隨用戶需水量的變化，供水系統都能夠實時的進行自動調節供水量保證水壓的恒定，成為重要的問題。本文通過MSP430系列單片機調節，實時自動控制水泵電機的轉速，使管網供水口的水壓始終保持在預定的值上，從而達到恒壓供水的目的。

2.MSP430系列單片機簡介

MSP430系列單片機是美國德州儀器公司研發的一款16位超低功耗單片機[3]，因為其具有精簡指令集的混合信號處理器，所以稱之為混合信號處理器。該系列單片機具有如下特點：

(1)處理能力強

MSP430系列單片機具有豐富的尋址方式 (4種目的操作數尋址和7種源操作數尋址)；27條內核指令以及豐富的模擬指令；可以參加多種運算的片內數據存儲和大量寄存器；高效的查表處理指令[4]。

(2)運算速度快

該系列單片機可以在25MHz晶體的驅動下達到40ns的指令周期，數據寬度是16位，以及多功能的硬件乘法器，能夠完成數字信號處理的某些算法。

(3)超低功耗

因為MSP430系列單片機在降低芯片的電源電壓以及靈活可控的運行時鐘方面都有其獨特之處，所以其具有超低的功耗。

(4)中斷源多

該系列單片機的中斷源較多，而且可以相互嵌套，使用起來靈活方便。

3.自動恒壓供水系統設計

3.1 恒壓供水系統工作原理

系統接收流量計信號后對其信號進行處理，將流量計電流或脈沖信號轉化為數字信號計算出實時流量，根據實時流量計算出水泵電機應該提供的轉速，轉化為脈沖信號后輸出給水泵電機轉速控制器。在此過程中，系統會將實時數據顯示在LCD屏上，并將其存儲到存儲芯片中，同時通過通信模塊將數據傳送給計算機，可供管理人員監控。

3.2 系統結構圖

系統結構如圖1所示，包括流量計信號處理模塊、LCD顯示模塊、時鐘模塊、升級接口、存儲模塊、通信模塊、按鍵設置模塊、脈沖信號轉換與輸出模塊、水泵電機轉速控制器。

3.3 功能模塊設計

(1)MSP430F169單片機

通過該單片機模塊對實時數據計算，并對其進行監控與調節，對其他各功能模塊進行管理，從而使各模塊能夠合理的相互協調運行。

(2)流量計信號處理模塊

該模塊負責處理流量計傳送過來的實時信號，流量計信號可以支持2種：模擬電流信號和脈沖信號。對于模擬電流信號，需要先轉換為0-2.5V的電壓信號，然后送給單片機的A/D轉換模塊，經A/D轉換模塊轉換得到流量計的流量值；對于脈沖信號，使用單片機來進行計數，統計出脈沖頻率，從而計算出流量計的流量值。

(3)LCD顯示模塊

LCD顯示模塊主要是將系統運行實時數據顯示出來，同時，LCD還提供可視化的系統菜單設置功能，用戶根據LCD屏上的提示內容可以進行相關的參數設置。

(4)時鐘模塊

時鐘模塊使用DS1302芯片，其功能是為系統提供一個準確的時間，通過該模塊可以對系統時間的年、月、日、時、分、秒等參數進行設置，同時，該模塊為系統定時進行數據存儲提供依據。

(5)升級接口

升級接口是預留為系統進一步升級準備的，當系統軟件有更新時，可以通過此接口與升級設備進行接連，進而對系統進行軟件升級。

(6)存儲模塊

該模塊使用M 25P80芯片，用來存儲供水量、水壓、存儲芯片中的當前存儲地址、系統參數等數據。根據實際情況可以設置一個存儲周期，系統會根據這個周期定期的進行數據存儲。

(7)通信模塊

該模塊使用MAX485芯片，提供對PC機的數據傳輸功能。系統通過該模塊將運行的實時數據傳送到管理計算機上，管理人員可以通過計算機來監控系統的運行情況，并根據實際需求對系統進行管理。

(8)按鍵設置模塊

鍵和鍵盤是人對系統的狀態干預及數據輸入的最常用的外部設備，在微控制器試驗系統中，常用的鍵盤接口有2種方式：獨立式和矩陣式。本模塊使用矩陣式接口，通過中斷與掃描相結合的方式接收鍵盤的輸入。在程序正常運行時，如果有鍵盤輸入則會觸發鍵盤輸入中斷，從而接收按鍵值；當系統進入到設置界面時，鍵盤的接收轉變成掃描的方式。

(9)脈沖信號轉換與輸出模塊

系統根據流量計信號計算出供水水泵電機轉速數據，通過脈沖轉換與輸出模塊將其轉換成脈沖信號并發送給水泵電機轉速控制器。

(10)水泵電機轉速控制器

根據系統發送來的脈沖信號對水泵電機的轉速進行調整，從而調節了供水水壓，使供水管口處水壓始終保持著穩定的值。

4.結束語

采用MSP430系列單片機作為主控制器來實現供水系統的自動恒壓，自動調節水壓使供水系統壓力穩定，同時，使用MSP430系列單片機提高了系統的控制可靠性和抗干擾性。在節約成本的同時，也進一步保證了系統安全穩定的運行。該系統融合了單片機控制技術、反饋控制技術和電機調節技術等，在自來水公司供水控制系統中有一定的使用與推廣價值。

[1]劉瑩.變頻恒壓給水設備在工業、生活供水系統中的設計應用[J].電站設備自動化，2002，2：18-23

[2]沈建華，楊艷琴.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[3]孫軍.基于MSP430的低功耗水情遙測儀的設計與開發[J].湖北水利水電職業技術學院學報，2008，4(3)：33-35.