便攜式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測儀的設(shè)計(jì)

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1、便攜式多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測儀的設(shè)計(jì).freelV)(1)VRH=600×(%RH+38.5)/(39.1-0.056T)(mV)(2)Vc=Nc×C(mV)(3)Vec=(Nc×Ee)×(1.05-0.002T)(mV)(4)上述各式說明,高精度的監(jiān)測必須考慮傳感器的非線性、溫濕度影響、測量誤差及環(huán)境誤差等問題,尤其要著重解決測量中的非線性及溫濕度補(bǔ)償。在布置印刷電路板時(shí)盡量減少引線電阻和分布電容以降低測量誤差。在電路設(shè)計(jì)上要加線性化處理電路及溫濕度補(bǔ)償電路,或借助于單片機(jī)系統(tǒng),由軟件查表等方法進(jìn)行處理、修正(用軟件實(shí)現(xiàn)傳感器的校正補(bǔ)償功能可降低儀器功耗)。如有可能可用標(biāo)準(zhǔn)

2、測量儀進(jìn)行校準(zhǔn),以提高測量精度。圖1監(jiān)測儀硬件電路原理圖2硬件設(shè)計(jì)監(jiān)測儀主要由MSP430單片機(jī)、測量轉(zhuǎn)換、鍵盤顯示、串口通信、電池電源等部分組成。電路中器件很少,功耗較低且功能強(qiáng)大。具體硬件電路原理圖如圖1所示。2.1MSP430單片機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)是監(jiān)測儀的核心,它完成儀器的功能設(shè)定、測量對(duì)象選擇、信號(hào)處理存儲(chǔ)、狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)通訊等功能。相對(duì)于MCS51、MCS96及PIC1等系列,TI公司帶閃速存儲(chǔ)器的MSP430F系列超低功耗單片機(jī)有著很大的優(yōu)勢。MSP430F單片機(jī)有多種型號(hào),其功能組合各異,能滿足不同應(yīng)用場合的要求。本設(shè)計(jì)采用MSP430F437,它的要特點(diǎn)2

3、如下:·工作電壓低(1.8~3.6V),電流小(280μA/1MHz/活動(dòng)模式),5種低功耗模式;·16位RISC架構(gòu),27條精簡指令,125ns指令周期;·豐富的中斷源并可任意嵌套,用中斷請(qǐng)求將系統(tǒng)從備用狀態(tài)喚醒僅需6μs;·片內(nèi)看門狗及上電復(fù)位電路,可選時(shí)鐘源(XTAL1、XTAL2或內(nèi)部DCO);·具有中斷功能的內(nèi)部比較器A;·雙向并行I/O口P1和P2(有中斷功能)及P3~P6口,多數(shù)口有復(fù)用功能;·兩個(gè)16位定時(shí)器A、B,均各帶3個(gè)比較/捕獲模塊,每個(gè)模塊可獨(dú)立編程,用于產(chǎn)生定時(shí)脈沖,捕獲外部事件;·片內(nèi)集成4×32段LCD液晶驅(qū)動(dòng)器,其外部引線復(fù)用P3~P

4、5口;·通用通信模塊UARST0,軟件可選同步/異步方式;·具有自動(dòng)循環(huán)采集功能的8通道12位ADC12,自帶采樣保持器和可選電壓基準(zhǔn);·JTAG接口或片內(nèi)BOOTROM使程序調(diào)試極其簡便,程序代碼由安全熔絲保護(hù)。圖2地址位多通信協(xié)議圖MSP430F437不需加裝存儲(chǔ)器,片內(nèi)自帶1K字節(jié)RAM及在線可擦除編程32K字節(jié)主Flash+256字節(jié)信息Flash。片內(nèi)Flash模塊包含3個(gè)控制寄存器、時(shí)序發(fā)生器、擦除/編程電壓發(fā)生器及Flash存儲(chǔ)器本身。其中主Flash分為每段512字節(jié)的段0~63,信息Flash分為每段128字節(jié)的段A、B。MSP430F437存儲(chǔ)器可

5、放大型數(shù)表,有高效的查表處理方法。本監(jiān)測儀安排段0~23為程序代碼區(qū)、段24為LCD顯示字型表、段25~31存放校正和補(bǔ)償表格、段32~63為用戶采集數(shù)據(jù)保存區(qū)、段A+B存放各類參數(shù)。在電路中,其他主要模塊的功能分配為:16位定時(shí)器A的比較/捕獲模塊0實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒計(jì)時(shí),比較/捕獲模塊1控制A/D采樣周期;16位定時(shí)器B可實(shí)現(xiàn)P輸出,預(yù)留作控制口;ADC12用于環(huán)境參數(shù)測量;比較器A作電池欠壓監(jiān)測;復(fù)用P3~P5口驅(qū)動(dòng)LCD液晶顯示器;通用通信模塊UARST0實(shí)現(xiàn)RS485串行通信;預(yù)留JTAG接口以方便用戶對(duì)儀器更新升級(jí)。2.2測量轉(zhuǎn)換MSP430F437的ADC1

6、2轉(zhuǎn)換模塊具有高速通用的特點(diǎn),12位的轉(zhuǎn)換精度保證一般采樣的分辨率要求。它的8個(gè)外部模擬采樣通道可任意配置,轉(zhuǎn)換參考電平VR+和VR-來自內(nèi)部或外部,也可以是兩者的組合;內(nèi)嵌的采樣/保持電路給用戶提供了對(duì)采樣時(shí)序的各種選擇,采樣時(shí)序可通過軟件位、3種內(nèi)部或外部信號(hào)來直接控制。ADC12有4種工作模式?？梢栽趩瓮ǖ郎蠈?shí)現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或多次轉(zhuǎn)換,序列通道上實(shí)現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或重單次轉(zhuǎn)換或多次轉(zhuǎn)換,在序列通道上實(shí)現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換或重復(fù)轉(zhuǎn)換。對(duì)于序列通道轉(zhuǎn)換,采樣順序完全由用戶定義。ADC12轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在16個(gè)轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)寄存器ADC12MEM0~ADC12MEM15中。其值如(5)式:NAD

7、C=4096×(Vin-VR-)/(VR+-VR-)(5)每個(gè)存儲(chǔ)寄存器有各自相應(yīng)的控制寄存器ADC12CTL0~ADC12CTL15,可用軟件獨(dú)立配置采樣通道號(hào)及轉(zhuǎn)換所需參考電平。本監(jiān)測儀中,各環(huán)境參數(shù)傳感器的輸出經(jīng)U2前置放大后,送入A0~A3模擬輸入端。4路信號(hào)的轉(zhuǎn)換參考電平均取VR+=2.5V和VR-=0V。ADC12工作模式設(shè)為序列通道單次轉(zhuǎn)換,每次轉(zhuǎn)換由定時(shí)器A比較/捕獲模塊1的定時(shí)輸出OUT1啟動(dòng)。序列單次轉(zhuǎn)換完成后,將置位ADC12中斷請(qǐng)求。向并行I/O口P1和P2(有中斷功能)及P3~P6口,多數(shù)口有復(fù)用功能;·兩個(gè)16位定時(shí)器A、