MSP430在自动恒压供水系统中的应用设计

田东钜

(顺德水业控股有限公司，广东 佛山 528300)

1.引言

随着城市化建设规模的逐步扩大以及生活水平的不断提高，人们对自来水公司供水的可靠性要求越来越高，尤其是供水水压方面的要求[1]，人们通常都希望水压能够稳定恒压。由于人工方法不够智能，很难做到实时性调节水压[2]，因此，在现今的供水系统中，传统的人工调节阀门的方法已经逐渐被自动化的设备所取代。如何保证恒压供水，使供水时随用户需水量的变化，供水系统都能够实时的进行自动调节供水量保证水压的恒定，成为重要的问题。本文通过MSP430系列单片机调节，实时自动控制水泵电机的转速，使管网供水口的水压始终保持在预定的值上，从而达到恒压供水的目的。

2.MSP430系列单片机简介

MSP430系列单片机是美国德州仪器公司研发的一款16位超低功耗单片机[3]，因为其具有精简指令集的混合信号处理器，所以称之为混合信号处理器。该系列单片机具有如下特点：

(1)处理能力强

MSP430系列单片机具有丰富的寻址方式 (4种目的操作数寻址和7种源操作数寻址)；27条内核指令以及丰富的模拟指令；可以参加多种运算的片内数据存储和大量寄存器；高效的查表处理指令[4]。

(2)运算速度快

该系列单片机可以在25MHz晶体的驱动下达到40ns的指令周期，数据宽度是16位，以及多功能的硬件乘法器，能够完成数字信号处理的某些算法。

(3)超低功耗

因为MSP430系列单片机在降低芯片的电源电压以及灵活可控的运行时钟方面都有其独特之处，所以其具有超低的功耗。

(4)中断源多

该系列单片机的中断源较多，而且可以相互嵌套，使用起来灵活方便。

3.自动恒压供水系统设计

3.1 恒压供水系统工作原理

系统接收流量计信号后对其信号进行处理，将流量计电流或脉冲信号转化为数字信号计算出实时流量，根据实时流量计算出水泵电机应该提供的转速，转化为脉冲信号后输出给水泵电机转速控制器。在此过程中，系统会将实时数据显示在LCD屏上，并将其存储到存储芯片中，同时通过通信模块将数据传送给计算机，可供管理人员监控。

3.2 系统结构图

系统结构如图1所示，包括流量计信号处理模块、LCD显示模块、时钟模块、升级接口、存储模块、通信模块、按键设置模块、脉冲信号转换与输出模块、水泵电机转速控制器。

3.3 功能模块设计

(1)MSP430F169单片机

通过该单片机模块对实时数据计算，并对其进行监控与调节，对其他各功能模块进行管理，从而使各模块能够合理的相互协调运行。

(2)流量计信号处理模块

该模块负责处理流量计传送过来的实时信号，流量计信号可以支持2种：模拟电流信号和脉冲信号。对于模拟电流信号，需要先转换为0-2.5V的电压信号，然后送给单片机的A/D转换模块，经A/D转换模块转换得到流量计的流量值；对于脉冲信号，使用单片机来进行计数，统计出脉冲频率，从而计算出流量计的流量值。

(3)LCD显示模块

LCD显示模块主要是将系统运行实时数据显示出来，同时，LCD还提供可视化的系统菜单设置功能，用户根据LCD屏上的提示内容可以进行相关的参数设置。

(4)时钟模块

时钟模块使用DS1302芯片，其功能是为系统提供一个准确的时间，通过该模块可以对系统时间的年、月、日、时、分、秒等参数进行设置，同时，该模块为系统定时进行数据存储提供依据。

(5)升级接口

升级接口是预留为系统进一步升级准备的，当系统软件有更新时，可以通过此接口与升级设备进行接连，进而对系统进行软件升级。

(6)存储模块

该模块使用M 25P80芯片，用来存储供水量、水压、存储芯片中的当前存储地址、系统参数等数据。根据实际情况可以设置一个存储周期，系统会根据这个周期定期的进行数据存储。

(7)通信模块

该模块使用MAX485芯片，提供对PC机的数据传输功能。系统通过该模块将运行的实时数据传送到管理计算机上，管理人员可以通过计算机来监控系统的运行情况，并根据实际需求对系统进行管理。

(8)按键设置模块

键和键盘是人对系统的状态干预及数据输入的最常用的外部设备，在微控制器试验系统中，常用的键盘接口有2种方式：独立式和矩阵式。本模块使用矩阵式接口，通过中断与扫描相结合的方式接收键盘的输入。在程序正常运行时，如果有键盘输入则会触发键盘输入中断，从而接收按键值；当系统进入到设置界面时，键盘的接收转变成扫描的方式。

(9)脉冲信号转换与输出模块

系统根据流量计信号计算出供水水泵电机转速数据，通过脉冲转换与输出模块将其转换成脉冲信号并发送给水泵电机转速控制器。

(10)水泵电机转速控制器

根据系统发送来的脉冲信号对水泵电机的转速进行调整，从而调节了供水水压，使供水管口处水压始终保持着稳定的值。

4.结束语

采用MSP430系列单片机作为主控制器来实现供水系统的自动恒压，自动调节水压使供水系统压力稳定，同时，使用MSP430系列单片机提高了系统的控制可靠性和抗干扰性。在节约成本的同时，也进一步保证了系统安全稳定的运行。该系统融合了单片机控制技术、反馈控制技术和电机调节技术等，在自来水公司供水控制系统中有一定的使用与推广价值。

[1]刘莹.变频恒压给水设备在工业、生活供水系统中的设计应用[J].电站设备自动化，2002，2：18-23

[2]沈建华，杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[3]孙军.基于MSP430的低功耗水情遥测仪的设计与开发[J].湖北水利水电职业技术学院学报，2008，4(3)：33-35.