專利名稱：無磁傳感器測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用MSP430FW42X的SCAN IF模塊實(shí)現(xiàn)流量測量的裝置，屬流體測量裝置制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
授權(quán)公告號CN2570741Y、名稱“一種無磁傳感智能凈水水表”，該水表包括表殼、閥座、機(jī)芯、電動閥門，射流發(fā)生器、無磁傳感器，采用無磁傳感的信號采集裝置，降低水表的始動流量，使得計量更加合理準(zhǔn)確。
授權(quán)公告號CN2572371Y、名稱“水媒熱/冷量表”，該感應(yīng)檢測器包括兩個電感線圈和；所述旋翼式水表的旋翼上水平固定有金屬薄片；所述感應(yīng)線圈對稱所述旋翼的旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在所述上蓋板上，旋翼旋轉(zhuǎn)，金屬片與兩個電感線圈的相對位置變化導(dǎo)致相對電感量變化。

發(fā)明內(nèi)容
設(shè)計目的采用諧振回路(LC傳感器)與MSP430FW42X的SCAN IF模塊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對各種流體流量的精確測量。
設(shè)計方案MSP430FW42x系列單片機(jī)是TI針對電子式流量與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動檢測最新開發(fā)的專用MCU芯片，它將超低功耗MCU、旋轉(zhuǎn)掃描接口(Scan IF)和液晶顯示LCD驅(qū)動模塊完美地結(jié)合為一體，該器件的超低功耗結(jié)構(gòu)和流量檢測模塊不僅延長了電池的壽命，同時還提高了儀表的精度與性能。SCAN IF模塊能夠在低功耗下自動檢測線性或旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動。SCAN IF模塊由三塊組成模擬前端(AFE)、信號處理狀態(tài)機(jī)(PSM)、定時狀態(tài)機(jī)(TSM)。其中模擬前端的主要元器件是一個“VCC/2”發(fā)生器，一個比較器和一個10位DAC，模擬前端激勵傳感器，檢測信號并把信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式；這些數(shù)字信號進(jìn)入信號處理狀態(tài)機(jī)，信號處理狀態(tài)機(jī)根據(jù)這些信號分析并計數(shù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，信號處理狀態(tài)機(jī)計算出轉(zhuǎn)動(流體流量)和它的方向；定時狀態(tài)機(jī)控制模擬前端和信號處理狀態(tài)機(jī)。①基本原理一個由葉輪或是螺旋齒輪構(gòu)成的機(jī)械裝置把流體流動轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)換能夠?qū)崿F(xiàn)對流體流量的測量。把一個諧振回路中的電感置于葉輪的上方可以檢測到葉輪的轉(zhuǎn)動，葉輪的一半敷有銅或是其他有阻尼性的金屬。由電感在葉輪上方的位置決定了諧振回路的阻尼系數(shù)，電感位于區(qū)域a時，回路的阻尼系數(shù)高于電感位于區(qū)域b時。通過測量諧振回路的不同阻尼系數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)動的測量。圖1為測量原理示意圖。②振蕩測試法圖2給出了2個傳感器位于不同區(qū)域時的振蕩波形，MSP430FW42X采用振蕩測試法把不同的衰減幅度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行測量。這種方法把圖2中的傳感器1的減幅系數(shù)表示為“L”，傳感器2的減幅系數(shù)表示為“H”。③信號處理隨著葉輪轉(zhuǎn)動，傳感器1和傳感器2的信號隨之不斷改變。圖3給出了兩個傳感器的狀態(tài)變化，如果知道前一個狀態(tài)和新的狀態(tài)，同時可以得出旋轉(zhuǎn)的方向。增計數(shù)由狀態(tài)“d”變化到狀態(tài)“a”；減計數(shù)由狀態(tài)“b”變化到狀態(tài)“a”。
技術(shù)方案1無磁傳感器測量裝置，兩個諧振回路中的電感置于葉輪的上方以檢測葉輪的轉(zhuǎn)動，葉輪的一半敷有銅或是其他有阻尼性的金屬，諧振回路所測量到的電信號輸入至MSP430FW42X單片機(jī)中內(nèi)置SCAN IF的信號輸入端且由SCAN IF模塊計算出轉(zhuǎn)動(流體流量)和它的方向。
技術(shù)方案2無磁水表，它包括電源、液晶顯示LCD及馬達(dá)驅(qū)動控制閥門，MSP430FW42X中的旋轉(zhuǎn)掃描接口(Scan IF)分別接兩個LC諧振回路的信號輸出端、通訊接口IC卡或射頻卡或M-BUS遠(yuǎn)傳。
本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比，一是由于MSP430FW42x系列單片機(jī)是TI針對電子式流量與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動檢測最新開發(fā)的專用MCU芯片，它將超低功耗MCU、旋轉(zhuǎn)掃描接口(ScanIF)和液晶顯示LCD驅(qū)動模塊完美地結(jié)合為一體，該器件的超低功耗結(jié)構(gòu)和流量檢測模塊不僅延長了電池的壽命，同時還提高了儀表的精度與性能；二是采用諧振回路作為旋轉(zhuǎn)掃描接口的測量信號傳感器，通過測量諧振回路的不同阻尼系數(shù)，可以高精確地實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)動流量的測量；三是采用MSP430FW42X設(shè)計的流體測量器具，其電路結(jié)構(gòu)非常簡單、可靠；四是不需要外部流量檢測IC，直接取代TMS3723B，大大簡化了系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，并且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；五是不僅適用于熱量儀表、熱水和冷水儀表、氣體儀表和工業(yè)流量計、風(fēng)力計以及其他旋轉(zhuǎn)檢測應(yīng)用，而且定時器支持計數(shù)器應(yīng)用、射頻位流操作、IrDA和M-Bus通訊，并可實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的通用模擬比較器A可用于熱量表中。


圖1是無磁傳感器測量裝置中2個LC傳感器測量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是2個LC傳感器位于不同區(qū)域時的振蕩波形示意圖。
圖3是2個LC傳感器的狀態(tài)變化示意圖。
圖4是采用MSP430FW42X設(shè)計水表方框圖。
圖5是SCAN IF模塊框圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1無磁傳感器測量裝置，兩個諧振回路(諧振回路為LC諧振回路，也就是LC諧振測量傳感器)中的電感置于葉輪的上方以檢測葉輪的轉(zhuǎn)動，葉輪的一半敷有銅或是其他有阻尼性的金屬，見附圖1。諧振回路所測量到的電信號由MSP430FW42X(MSP430FW423、MSP430FW425、MSP430FW427)單片機(jī)中內(nèi)置SCAN IF模塊完成，由SCANIF模塊計算出轉(zhuǎn)動(流體流量)和它的方向，見附圖5。兩諧振回路一端及電容C的一端并接接SCAN IF模塊的SIFCOM端，電容C的另一端接地，兩諧振回路的另一端分別接SCAN IF模塊的SIFCHO和SIHF1端，見附圖1。SCAN IF模塊由模擬前端(AFE)、信號處理狀態(tài)機(jī)(PSM)、定時狀態(tài)機(jī)(TSM)組成，其中模擬前端激勵傳感器，檢測信號并把信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，這些數(shù)字信號進(jìn)入信號處理狀態(tài)機(jī)，信號處理狀態(tài)機(jī)根據(jù)這些信號分析并計數(shù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，定時狀態(tài)機(jī)控制模擬前端和信號處理狀態(tài)機(jī)，見附圖1。①CAN IF的基本設(shè)置設(shè)置SCAN IF的控制寄存器SIFCTL1、SIFCTL2、SIFCTL3、SIFCTL4、SIFCTL5；定義P6.x/SIFCH.x引腳為SCAN IF模塊功能；打開“VCC/2”發(fā)生器；時鐘源選擇；信號狀態(tài)處理機(jī)；②規(guī)劃時間狀態(tài)機(jī)SCAN IF的時間狀態(tài)機(jī)用來確定測量序列，每一步所需的時間可以精確的調(diào)整，通常的測量序列如下所示確定空閑狀態(tài)；激勵LC傳感器；延時一定的時間，此時測量可以進(jìn)行；打開DAC和比較器；測量；停止；③定義DAC的磁滯門限D(zhuǎn)AC為每個傳感器的阻尼和非阻尼振蕩器提供磁滯門限，通過觀察每個傳感器的振蕩曲線和DAC的電壓，調(diào)整DAC的磁滯門限；④信號處理狀態(tài)機(jī)信號處理狀態(tài)機(jī)處理是一個可設(shè)計的狀態(tài)機(jī)，它通過存儲在MSP430存儲器中的狀態(tài)表得出轉(zhuǎn)速和方向，向量SIFTPSMV初始指向PSM的狀態(tài)表。其測量方法如上所述，由于電感在葉輪上方的位置決定了諧振回路的阻尼系數(shù)，電感位于區(qū)域a時，回路的阻尼系數(shù)高于電感位于區(qū)域b時，通過測量諧振回路的不同阻尼系數(shù)，MSP430FW42X采用振蕩測試法把不同的衰減幅度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行測量，以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)動的測量。隨著葉輪轉(zhuǎn)動，兩個諧振回路中的信號隨之不斷改變，知道前一個狀態(tài)和新的狀態(tài)，即得出旋轉(zhuǎn)的方向，增計數(shù)由狀態(tài)“d”變化到狀態(tài)“a”；減計數(shù)由狀態(tài)“b”變化到狀態(tài)“a”，見附圖2和3。
SCAN IF模塊初始化程序void InitScanIF(void){int i；P6SEL|＝0x03；//初始化時間狀態(tài)機(jī)SIFTSM0＝0x0000；SIFTSM1＝0x002C；SIFTSM2＝0x0404；SIFTSM3＝0x0934；SIFTSM4＝0x3174；SIFTSM5＝0x0220；//給定DAC的磁滯門限SIFDACR0＝0x0330；SIFDACR1＝0x0330；//初始化Scan IF的控制寄存器
SIFCTL2＝0x0140；for(i＝0；i＜＝857；i++)；SIFCTL3＝0x0100；SIFCTL4＝0x13F0；SIFCTL5＝0x0045；SIFTPSMV＝(unsigned int)&PSM；SIFCTL1|＝0x1001；實(shí)施例2無磁水表，它包括電源、液晶顯示LCD及馬達(dá)驅(qū)動控制閥門，馬達(dá)驅(qū)動控制閥門受控于CMU處理單元，用于控制閥門的開啟或關(guān)閉，當(dāng)卡(或CMU處理單元記載)中有錢時，閥門呈開啟狀態(tài)；當(dāng)卡(或CMU處理單元記載)中無錢時，閥門呈關(guān)閉狀態(tài)。MSP430FW42X(MSP430FW423、MSP430FW425、MSP430FW427)中的旋轉(zhuǎn)掃描接口(ScanIF)分別接兩個LC諧振回路的信號輸出端、通訊接口IC卡或射頻卡或M-BUS遠(yuǎn)傳。兩個LC諧振回路信號輸出端與旋轉(zhuǎn)掃描接口間接有電容。無磁水表中設(shè)有防拆裝置和馬達(dá)驅(qū)動。測量原理本方案通過把流體流動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對流體流量的檢測。采用附有金屬膜的葉輪實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，管道中的流體推動葉輪的不斷旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速直接決定于流體的流速。此機(jī)械轉(zhuǎn)動信號經(jīng)無磁非接觸式傳感器將其轉(zhuǎn)化為電信號送至微控制器的SCAN IF模塊，SCAN IF模塊計算出轉(zhuǎn)動(流體流量)和它的方向。主要功能；①用水量計量總用水量、當(dāng)月用水量計量；存儲上12個月的歷史用水量②時間管理具有日歷、計時和閏年自動切換功能；日歷、時間設(shè)置有防止非授權(quán)人操作的措施；③事件記錄a、水量記錄上次購水的時間和購水量、總用水量、剩余水量、上12個月的歷史用水量b、電池管理電池欠壓記錄和提示；c、人為破壞記錄；拆表記錄；④顯示顯示水表的累計流量、剩余水量、本次購水量及水表閥門狀態(tài)、電池狀態(tài)等相關(guān)信息；顯示順序及顯示間隔時間可預(yù)置；報警及錯誤信息提示；⑤通訊接口可在下面三種方式中任選一種。IC卡、射頻卡、M_BUS遠(yuǎn)傳；⑥按鍵操作根據(jù)用戶基表及表殼決定，可設(shè)置顯示按鍵。
需要理解到的是上述實(shí)施例雖然對本實(shí)用新型作了比較詳細(xì)的說明。但是，這些說明僅限于對本實(shí)用新型的說明，而不是對本實(shí)用新型的限制，任何不超出本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種無磁傳感器測量裝置，其特征是兩個諧振回路分別由各自的電感L和電容C構(gòu)成，電容C的兩端并接在電感L兩端，兩個諧振回路中的電感置于葉輪的上方，葉輪的一半敷有銅或是其他有阻尼性的金屬，葉輪套在葉輪軸上，諧振回路中電感所測量到的電信號輸出端接單片機(jī)中內(nèi)置SCAN IF的信號輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無磁傳感器測量裝置，其特征是兩諧振回路一端及電容C的一端并接接SCAN IF模塊的SIFCOM端，電容C的另一端接地，兩諧振回路的另一端分別接SCAN IF模塊的SIFCH0和SIHF1端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用MSP430FW42X的SCANIF模塊實(shí)現(xiàn)流量測量的裝置，兩個諧振回路中的電感置于葉輪的上方，葉輪的一半敷有銅或是其他有阻尼性的金屬，葉輪套在葉輪軸上，諧振回路中的電信號輸入接單片機(jī)中內(nèi)置無磁流量測量模塊的信號輸入端且由無磁流量測量模塊計算出轉(zhuǎn)動量及轉(zhuǎn)動方向。優(yōu)點(diǎn)一是它將超低功耗MCU、旋轉(zhuǎn)掃描接口和液晶顯示LCD驅(qū)動模塊完美地結(jié)合為一體，不僅延長了電池的壽命，而且還提高了儀表的精度與性能；二是采用諧振回路作為無磁流量測量模塊的測量信號傳感器，高精確地實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)動流量的測量。
文檔編號G01F1/56GK2752732SQ20042000705
公開日2006年1月18日 申請日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月12日
發(fā)明者陳賢興, 季燕飛, 賈靈 申請人:杭州利爾達(dá)單片機(jī)技術(shù)有限公司