摘 要： 以TI公司的MSP430F149芯片為主控制器，以JS-1800單總線(xiàn)型傳感器為沉降位移測(cè)量單元,，完成了數(shù)據(jù)的采集,、存儲(chǔ)和無(wú)線(xiàn)發(fā)送等功能。首先介紹了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì),，然后詳細(xì)介紹了硬件電路設(shè)計(jì),，最后給出了控制流程圖,。該采集系統(tǒng)功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，已在某高速公路上得到成功應(yīng)用,。
關(guān)鍵詞： MSP430F149；數(shù)據(jù)采集,；沉降監(jiān)測(cè)
針對(duì)高速公路上沒(méi)有穩(wěn)定的供電電源,，也沒(méi)有相關(guān)人員經(jīng)常去采集數(shù)據(jù)和維護(hù)設(shè)備等特殊情況,，本文設(shè)計(jì)了一種功耗低,、使用方便，具有采集,、存儲(chǔ)和無(wú)線(xiàn)發(fā)送等功能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)沉降傳感器獲得沉降位移數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在微處理器中,，然后通過(guò)微處理器的串口傳輸?shù)紾PRS模塊,，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。此外,，采集模塊還要通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自上位機(jī)（監(jiān)測(cè)中心）的數(shù)據(jù),，對(duì)采集模塊一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置[1]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體框圖如圖1所示,。
2 硬件設(shè)計(jì)[2-3]
2.1 微處理器模塊
本系統(tǒng)采用蓄電池供電,，而且需要長(zhǎng)時(shí)間工作，一般3個(gè)月更換一次電池,，因此系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)是首先要考慮的問(wèn)題,。MSP430F149微處理器的超低功耗性能正好滿(mǎn)足了這一需求，而且能通過(guò)硬件和軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)一步降低系統(tǒng)的功耗,，滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)采集,、存儲(chǔ)和發(fā)送數(shù)據(jù)的要求。
微處理器電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分,，主要完成與其他電路的連接,、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、通過(guò)串口與GPRS的通信,、I/O控制和一些參數(shù)的設(shè)置等功能,。
在時(shí)鐘設(shè)計(jì)上，考慮到低功耗要求,，MSP430F149微處理器采用一個(gè)32 kHz的時(shí)鐘信號(hào),。
2.2 電源模塊
整個(gè)系統(tǒng)采用一個(gè)12 V蓄電池為電源，采用對(duì)MSP430供電,、對(duì)傳感器供電和對(duì)GPRS供電3套供電模式,，系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)供電電源框圖如圖2所示,。MSP430和外圍設(shè)備采用不同的供電模式，當(dāng)MSP430在休眠時(shí),，可以通過(guò)控制I/O口和相應(yīng)的電路來(lái)切斷外圍器件的供電,，進(jìn)一步降低系統(tǒng)的功耗。下面介紹MSP430供電模塊電路,，其他兩種供電模式在后面介紹,。
SPD接口1、2,、3與傳感器的3個(gè)接口相連,，分別是電源正（SPWR+）、電源負(fù)（DGND）和信號(hào)線(xiàn)（TRH）,。SPWR+由MSP430引腳P4.2控制,，低電平時(shí)，光電二極管,、SPT導(dǎo)通,，電源電壓U_VCC經(jīng)過(guò)LM7805電壓變?yōu)? V（SPWR+），給傳感器供電進(jìn)行信號(hào)采集,，傳感器經(jīng)過(guò)單總線(xiàn)TRH和MSP430交換信號(hào),。
2.4 串口通信與GPRS電路
本系統(tǒng)的串口模塊主要是通過(guò)GPRS模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信，通信的示意圖如圖6所示,。
3 程序設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的采集模塊通常情況下一直處于休眠狀態(tài),，此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的功耗很低,，當(dāng)設(shè)置的定時(shí)到來(lái)時(shí),，才將單片機(jī)喚醒，然后接通GPRS電源,，完成數(shù)據(jù)的采集,、存儲(chǔ)及發(fā)送，在完成一個(gè)采集-存儲(chǔ)-發(fā)送流程后,，通過(guò)I/O口斷開(kāi)相關(guān)電路,，再次進(jìn)入休眠狀態(tài)。程序框圖如圖9所示,。
本系統(tǒng)采用超低功耗的MSP430F149為中央處理器,，并對(duì)系統(tǒng)硬件（主要是電源系統(tǒng)）和軟件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的功耗非常低,。采用單總線(xiàn)型采集單元和GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸,，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便,，能很好地適應(yīng)野外環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集與處理,。
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