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　　概述

　　MAXQ3210微控制器是一款功能強大的RISC微控制器,器件所具備的功能和特性使其非常適合電池供電的監控和音頻報警系統。微控制器內部集成了5V至9V穩壓器、壓電揚聲器驅動器和模擬比較器,大大降低了系統的元件數量。另外,停機模式、喚醒模式等多種低功耗特性使其在9V電池供電時能有效延長工作時間。

　　本應用筆記提供了一個利用MAXQ3210微控制器實現水位監測及音頻報警的系統,該系統利用礦物質對水的電導率的影響來檢測水位,并在必要時給出報警信號。本文介紹的方案還不能直接用作最終產品,只是說明有效利用MAXQ3210功能的案例。實例中使用的水位檢測機制并未在極端環境下進行可靠性測試,也沒有對其長期工作的有效性進行評估。本應用筆記提供的只是一個簡單案例,可以對自來水進行有效的監測。

　　本應用筆記中的程序針對MAXQ3210編寫,并進行了測試,也可以運行在包含類似資源的其它MAXQ器件,如MAXQ3212。例程開發環境是MAX-IDE 1.0版和MAXQ3210評估板修訂版B版。關于評估套件的詳細信息,請參見MAXQ3210EVKIT。

　　工作原理

　　本應用筆記將詳細討論MAXQ3210的功能及特性,MAXQ3210的內部比較器允許使用最少外圍器件實現簡單的水位監測系統。通過使用處理器的低功耗休眠模式和喚醒定時器,使電池供電監測報警系統在絕大部分時間處于停機模式,只是周期性地喚醒系統檢測水位,判斷是否發出報警信號。

　　以下部分說明MAXQ3210的一些功能及在本應用如何有效利用這些功能,并對這些功能的結構、設置進行說明。

　　水監測傳感器探頭

　　水監測傳感器探頭如圖1所示,如上所述,該傳感器不是針對最終產品設計的。它由一片塑膠材料固定屏蔽夾子形狀的電極。電極之間的距離可以任選或由具體材料決定。傳感器通過一個間距為0.1的4引腳連接器直接連接到MAXQ3210評估板的J4 (引腳9-P0.4、11-P0.5/CMPI和13-P0.6)。1.0M電阻(圖中靠近連接器的導線部分)作為傳感器電極的一個上拉電阻,該電阻直接焊接到連接器的一個引腳。

圖1. 水監測探頭

圖2. 水監測原理圖

　　水監測傳感器探頭與處理器的連接原理圖如圖2所示。傳感器一端連接至MAXQ3210的內部模擬比較器輸入端CMPI,P0.5。該輸入還與1.0M電阻相連,電阻的另一端接處理器的端口引腳,P0.6。軟件將P0.6配置為輸出,并在系統初始化部分將其置為高電平。由于比較器具有高輸入阻抗,這種配置在正常條件下使CMPI接近于VCC (例如,傳感器電極沒有浸入水中)。傳感器的另一端連接至端口P0.4,P0.4配置為輸出引腳并置為低電平。當兩個傳感器電極都浸入水中時,水的電導率強行比較器輸入下拉至地。發生這種情況時,比較器輸出CMPO改變。關于模擬比較器及其工作的詳細信息將在本文的后續內容討論。

　　停機模式的重要性

　　除斷電狀態外,停機模式是MAXQ3210的最低功耗模式。停機模式下禁止處理器內部環形振蕩器、喚醒定時器(如果使能)以外的所有電路工作。片上時鐘、定時器和外設電路都將停止工作,程序也會停止運行。一旦進入停機模式,MAXQ3210的絕大部分時間處于靜止狀態,其功耗主要由漏電流決定。結合喚醒定時器使用停機模式,可實現低功耗工作。

　　實際工作環境下,水位變化非常慢。因此,處理器在絕大部分時間內可處于停機模式,只需在較長的時間間隔內喚醒一次簡單的傳感器檢測操作。實例中,選擇一分鐘作為傳感器的采樣周期。該時間間隔既不會錯過報警,也能夠有效利用處理器的停機狀態,充分延長電池的使用壽命。如果這個周期對于特定的應用過長或過短,可將軟件中的喚醒延時常數(WUDel)改為所要求的數值,然后重新編譯程序。以下喚醒定時器周期公式給出了這個時間間隔的計算方式：

　　當處理器時鐘控制寄存器的STOP位,CKCN.4,置1時,處理器立即進入停機模式。如發生以下任何條件,處理器將退出停機模式：

　　P1.1/RESET出現低電平有效復位(如果沒有禁止)
　　上電復位(如果沒有禁止)
　　P0.6/INT出現外部中斷(如果使能)
　　喚醒定時器計時到0(如果使能)及中斷被響應
　　
　　處理器由于喚醒定時中斷而退出停機模式不會影響處理器的配置,其中包括時鐘控制位設置。外部復位引起的退出停機模式則不同,處理器將恢復到默認上電狀態。因此,在進入停機模式之前,處理器應該初始化為標準工作狀態,以便在退出停機模式時恢復到原配置。喚醒定時器中斷及其中斷服務程序(ISR)除了使處理器退出停機模式外,還將啟動其它系統功能(如,檢測傳感器、使揚聲器發聲、低電池電壓檢測等)。