摘 要： 以TI公司的MSP430F149芯片為主控制器，以JS-1800單總線型傳感器為沉降位移測量單元，完成了數(shù)據(jù)的采集、存儲和無線發(fā)送等功能。首先介紹了系統(tǒng)的整體設(shè)計，然后詳細(xì)介紹了硬件電路設(shè)計，最后給出了控制流程圖。該采集系統(tǒng)功耗低、結(jié)構(gòu)簡單，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
針對高速公路上沒有穩(wěn)定的供電電源，也沒有相關(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)計了一種功耗低、使用方便，具有采集、存儲和無線發(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)采集模塊通過沉降傳感器獲得沉降位移數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲在微處理器中，然后通過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GPRS網(wǎng)絡(luò)接收來自上位機(jī)（監(jiān)測中心）的數(shù)據(jù)，對采集模塊一些參數(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[2-3]
2.1 微處理器模塊
本系統(tǒng)采用蓄電池供電，而且需要長時間工作，一般3個月更換一次電池，因此系統(tǒng)的低功耗設(shè)計是首先要考慮的問題。MSP430F149微處理器的超低功耗性能正好滿足了這一需求，而且能通過硬件和軟件的設(shè)計進(jìn)一步降低系統(tǒng)的功耗，滿足長時間自動采集、存儲和發(fā)送數(shù)據(jù)的要求。
微處理器電路是整個系統(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、通過串口與GPRS的通信、I/O控制和一些參數(shù)的設(shè)置等功能。
在時鐘設(shè)計上，考慮到低功耗要求，MSP430F149微處理器采用一個32 kHz的時鐘信號。
2.2 電源模塊
整個系統(tǒng)采用一個12 V蓄電池為電源，采用對MSP430供電、對傳感器供電和對GPRS供電3套供電模式，系統(tǒng)現(xiàn)場供電電源框圖如圖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，可以通過控制I/O口和相應(yīng)的電路來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個接口相連，分別是電源正（SPWR+）、電源負(fù)（DGND）和信號線（TRH）。SPWR+由MSP430引腳P4.2控制，低電平時，光電二極管、SPT導(dǎo)通，電源電壓U_VCC經(jīng)過LM7805電壓變?yōu)? V（SPWR+），給傳感器供電進(jìn)行信號采集，傳感器經(jīng)過單總線TRH和MSP430交換信號。
2.4 串口通信與GPRS電路
本系統(tǒng)的串口模塊主要是通過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
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，整個系統(tǒng)的功耗很低，當(dāng)設(shè)置的定時到來時，才將單片機(jī)喚醒，然后接通GPRS電源，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲及發(fā)送，在完成一個采集-存儲-發(fā)送流程后，通過I/O口斷開相關(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，使系統(tǒng)的功耗非常低。采用單總線型采集單元和GPRS無線傳輸，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、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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