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(cè)量單元，完成了數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和無(wú)線發(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（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。采用單總線型采集單元和GPRS無(wú)線傳輸，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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