CN1563908A

CN1563908A - 无磁传感器测量装置及测量方法

Info

Publication number: CN1563908A
Application number: CN 200410008802
Authority: CN
Inventors: 陈贤兴; 季燕飞; 贾灵
Original assignee: LIERDA MONOLITHIN PROCESSOR TECH Co Ltd HANGZHOU
Current assignee: Hangzhou Lierda Technology Co Ltd; Lierda Science & Technology Group Co ltd; Lierda Technology Co ltd
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: CN100451562C

Abstract

本发明涉及一种用MSP430FW42X的SCAN IF模块实现流量测量的装置及方法，两个谐振回路中的电感置于叶轮的上方以检测叶轮的转动，叶轮的一半敷有铜或是其他有阻尼性的金属，谐振回路所测量到的电信号由MSP430FW42X单片机中内置SCANIF模块完成，由SCAN IF模块计算出转动(流体流量)和它的方向。优点：一是由于MSP430FW42x系列单片机是TI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、旋转扫描接口和液晶显示LCD驱动模块完美地结合为一体，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；二是采用谐振回路作为旋转扫描接口的测量信号传感器，通过测量谐振回路的不同阻尼系数，可以高精确地实现对转动流量的测量。

Description

无磁传感器测量装置及测量方法

技术领域：

本发明涉及一种用MSP430FW42X的SCAN IF模块实现流量测量的装置及方法，属流体测量装置及方法制造领域。

背景技术：

授权公告号CN2570741Y、名称“一种无磁传感智能净水水表”，该水表包括表壳、阀座、机芯、电动阀门，射流发生器、无磁传感器，采用无磁传感的信号采集装置，降低水表的始动流量，使得计量更加合理准确。

授权公告号CN2572371Y、名称“水媒热/冷量表”，该感应检测器包括两个电感线圈和；所述旋翼式水表的旋翼上水平固定有金属薄片；所述感应线圈对称所述旋翼的旋转轴设置在所述上盖板上，旋翼旋转，金属片与两个电感线圈的相对位置变化导致相对电感量变化。

发明内容：

设计目的：采用谐振回路(LC传感器)与MSP430FW42X的SCAN IF模块相结合，实现对各种流体流量的精确测量。

设计方案：MSP430FW42x系列单片机是TI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为一体，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。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模块由三块组成：模拟前端(AFE)、信号处理状态机(PSM)、定时状态机(TSM)。其中模拟前端的主要元器件是一个“VCC/2”发生器，一个比较器和一个10位DAC，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，信号处理状态机计算出转动(流体流量)和它的方向；定时状态机控制模拟前端和信号处理状态机。①基本原理：一个由叶轮或是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是其他有阻尼性的金属。由电感在叶轮上方的位置决定了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”。③信号处理：随着叶轮转动，传感器1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，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”。

技术方案1：无磁传感器测量装置，两个谐振回路中的电感置于叶轮的上方以检测叶轮的转动，叶轮的一半敷有铜或是其他有阻尼性的金属，谐振回路所测量到的电信号输入至MSP430FW42X单片机中内置SCAN IF的信号输入端且由SCAN IF模块计算出转动(流体流量)和它的方向。

技术方案2：无磁传感器测量方法，如权利要求1～3所述，由于电感在叶轮上方的位置决定了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，MSP430FW42X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，以实现对转动的测量。

本发明与背景技术相比，一是由于MSP430FW42x系列单片机是TI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为一体，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；二是采用谐振回路作为旋转扫描接口的测量信号传感器，通过测量谐振回路的不同阻尼系数，可以高精确地实现对转动流量的测量；三是采用MSP430FW42X设计的流体测量器具，其电路结构非常简单、可靠；四是不需要外部流量检测IC，直接取代TMS3723B，大大简化了系统硬件设计和软件设计，并且提高了系统的稳定性；五是不仅适用于热量仪表、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，而且定时器支持计数器应用、射频位流操作、IrDA和M-Bus通讯，并可实现模数转换的通用模拟比较器A可用于热量表中。

附图说明：

图1是无磁传感器测量装置中2个LC传感器测量旋转运动的结构示意图。

图2是2个LC传感器位于不同区域时的振荡波形示意图。

图3是2个LC传感器的状态变化示意图。

图4是采用MSP430FW42X设计水表方框图。

图5是SCAN IF模块框图。

具体实施方式：

实施例1：无磁传感器测量装置，两个谐振回路(谐振回路为LC谐振回路，也就是LC谐振测量传感器)中的电感置于叶轮的上方以检测叶轮的转动，叶轮的一半敷有铜或是其他有阻尼性的金属，见附图1。谐振回路所测量到的电信号由MSP430FW42X(MSP430FW423、MSP430FW425、MSP430FW427)单片机中内置SCAN IF模块完成，由SCANIF模块计算出转动(流体流量)和它的方向，见附图5。两谐振回路一端及电容C的一端并接接SCAN IF模块的SIFCOM端，电容C的另一端接地，两谐振回路的另一端分别接SCAN IF模块的SIFCH0和SIHF1端，见附图1。SCAN IF模块由模拟前端(AFE)、信号处理状态机(PSM)、定时状态机(TSM)组成，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，见附图1。①CAN IF的基本设置：设置SCAN IF的控制寄存器SIFCTL1、SIFCTL2、SIFCTL3、SIFCTL4、SIFCTL5；定义P6.x/SIFCH.x引脚为SCAN IF模块功能；打开“VCC/2”发生器；时钟源选择；信号状态处理机；②规划时间状态机：SCAN IF的时间状态机用来确定测量序列，每一步所需的时间可以精确的调整，通常的测量序列如下所示：确定空闲状态；激励LC传感器；延时一定的时间，此时测量可以进行；打开DAC和比较器；测量；停止；③定义DAC的磁滞门限：DAC为每个传感器的阻尼和非阻尼振荡器提供磁滞门限，通过观察每个传感器的振荡曲线和DAC的电压，调整DAC的磁滞门限；④信号处理状态机：信号处理状态机处理是一个可设计的状态机，它通过存储在MSP430存储器中的状态表得出转速和方向，向量SIFTPSMV初始指向PSM的状态表。

实施例2：无磁传感器测量方法，如上所述，由于电感在叶轮上方的位置决定了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，MSP430FW42X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，以实现对转动的测量。随着叶轮转动，两个谐振回路中的信号随之不断改变，知道前一个状态和新的状态，即得出旋转的方向，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”，见附图2和3。

SCAN IF模块初始化程序：

void InitScanIF(void) {int i；P6SEL|＝0x03；

//初始化时间状态机

SIFTSM0＝0x0000；SIFTSM1＝0x002C；SIFTSM2＝0x0404；SIFTSM3＝0x0934；

SIFTSM4＝0x3174； SIFTSM5＝0x0220；

//给定DAC的磁滞门限

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；

实施例3：无磁水表，它包括电源、液晶显示LCD及马达驱动控制阀门，马达驱动控制阀门受控于CMU处理单元，用于控制阀门的开启或关闭，当卡(或CMU处理单元记载)中有钱时，阀门呈开启状态；当卡(或CMU处理单元记载)中无钱时，阀门呈关闭状态。MSP430FW42X(MSP430FW423、MSP430FW425、MSP430FW427)中的旋转扫描接口(ScanIF)分别接两个LC谐振回路的信号输出端、通讯接口IC卡或射频卡或M-BUS远传。两个LC谐振回路信号输出端与旋转扫描接口间接有电容。无磁水表中设有防拆装置和马达驱动。测量原理：本方案通过把流体流动转换为旋转运动实现对流体流量的检测。采用附有金属膜的叶轮实现这种转换，管道中的流体推动叶轮的不断旋转，其转速直接决定于流体的流速。此机械转动信号经无磁非接触式传感器将其转化为电信号送至微控制器的SCAN IF模块，SCAN IF模块计算出转动(流体流量)和它的方向。主要功能：①用水量计量：总用水量、当月用水量计量；存储上12个月的历史用水量；②时间管理：具有日历、计时和闰年自动切换功能；日历、时间设置有防止非授权人操作的措施；③事件记录：a、水量记录：上次购水的时间和购水量、总用水量、剩余水量、上12个月的历史用水量；b、电池管理：电池欠压记录和提示；c、人为破坏记录；拆表记录；④显示：显示水表的累计流量、剩余水量、本次购水量及水表阀门状态、电池状态等相关信息；显示顺序及显示间隔时间可预置；报警及错误信息提示；⑤通讯接口：可在下面三种方式中任选一种。IC卡、射频卡、M_BUS远传；⑥按键操作：根据用户基表及表壳决定，可设置显示按键。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明作了比较详细的说明。但是，这些说明仅限于对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围内。

Claims

1、一种无磁传感器测量装置，其特征是：两个谐振回路中的电感置于叶轮的上方以检测叶轮的转动，叶轮的一半敷有铜或是其他有阻尼性的金属，谐振回路所测量到的电信号输入至MSP430FW42X单片机中内置SCAN IF的信号输入端且由SCAN IF模块计算出转动量及转动方向。

2、根据权利要求1所述的无磁传感器测量装置，其特征是：两谐振回路一端及电容C的一端并接接SCAN IF模块的SIFCOM端，电容C的另一端接地，两谐振回路的另一端分别接SCAN IF模块的SIFCH0和SIHF1端。

3、根据权利要求1或2所述的无磁传感器测量装置，其特征是：SCAN IF模块由模拟前端(AFE)、信号处理状态机(PSM)、定时状态机(TSM)组成，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。

4、根据权利要求1所述的无磁传感器测量装置，其特征是：

①CAN IF的基本设置：

1)设置SCAN IF的控制寄存器SIFCTL1、SIFCTL2、SIFCTL3、SIFCTL4、SIFCTL5；

2)定义P6.x/SIFCH.x引脚为SCAN IF模块功能；

3)打开“VCC/2”发生器；

4)时钟源选择；

5)信号状态处理机；

②规划时间状态机：

SCAN IF的时间状态机用来确定测量序列，每一步所需的时间可以精确的调整，

通常的测量序列如下所示：

1)确定空闲状态；

2)激励LC传感器；

3)延时一定的时间，此时测量可以进行；

4)打开DAC和比较器；

5)测量；

6)停止；

③定义DAC的磁滞门限：

DAC为每个传感器的阻尼和非阻尼振荡器提供磁滞门限，通过观察每个传感器的振荡曲线和DAC的电压，调整DAC的磁滞门限；

④信号处理状态机：

信号处理状态机处理是一个可设计的状态机，它通过存储在MSP430存储器中的状态表得出转速和方向，向量SIFTPSMV初始指向PSM的状态表。

5、一种无磁传感器测量方法，其特征是：如权利要求1～3所述，由于电感在叶轮上方的位置决定了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，MSP430FW42X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，以实现对转动的测量。

6、根据权利要求5所述的无磁传感器测量方法，其特征是：随着叶轮转动，两个谐振回路中的信号随之不断改变，知道前一个状态和新的状态，即得出旋转的方向，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”。

7、根据权利要求5所述的无磁传感器测量方法，其特征是：SCAN IF模块初始化程序：

void InitScanIF(void)

{int i；

P6SEL |＝0x03；

//初始化时间状态机

SIFTSM0＝0x0000；

SIFTSM1＝0x002C；

SIFTSM2＝0x0404；

SIFTSM3＝0x0934；

SIFTSM4＝0x3174；

SIFTSM5＝0x0220；

//给定DAC的磁滞门限

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。

8、一种无磁水表，它包括电源、液晶显示LCD及马达驱动控制阀门，其特征是：MSP430FW42X中的旋转扫描接口(Scan IF)分别接两个LC谐振回路的信号输出端、通讯接口IC卡或射频卡或M-BUS远传。

9、根据权利要求8所述的无磁水表，其特征是：两个LC谐振回路信号输出端与旋转扫描接口间接有电容。

10、根据权利要求8所述的无磁水表，其特征是：无磁水表中设有防拆装置。