低功耗无线工矿设备监测仪设计论

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1、低功耗工矿检测仪低功耗无线工矿设备监测仪摘要本系统以MSP430F149单片机为主控制器，太阳能电池板吸收的电能经电源管理系统转换后为整个系统进行供电，由应变片、TI公司的INA128高精度仪表放大器全桥构成的测量电路，将采集到的压力微小变化信号转化较大变化的电压信号送入MSP430F149单片机内部ADC实现非电信号的采集，最后用NRF905发送给上位单片机，上位单片机接收到信号后通过RS232与上位PC机进行通信，上位PC机将接收数据转化为压力变化曲线图，形象的现实出来。关键词：压力信号采集电源管理MSP4

2、30F149全桥测量电路无线目录目录1引言12总体设计12.1系统总体设计12.2方案论证12.2.1电源管理模快22.2.2系统控制模块32.2.3测量电路模块42.2.4压力信号调理电路62.2.5无线通讯模块63硬件系统设计73.1电源管理系统73.2压力信号测量及调理电路74软件设计84.1主程序84.2PWM波初始化94.3ADC初始化104.4串口初始化程序115性能测试115.1测试仪器115.2测量波形116结束语13参考文献：14附录15I低功耗无线工矿检测仪1引言矿井生产是地下作业，自然条件

3、和生产条件都很复杂。进行矿井通风压力测定，及时、准确地提供井下空气的压力，是搞好矿井通风、预防矿井事故、处理灾害事故和救护人员的重要手段。同时采用无线模块进行数据发送与接收，还可以深入到井下某些不能进行有线通信的地方。仪器的低功耗发展是必然趋势，采用太阳能电池板采集电能，当阳光充足的时候电源管理系统不但为整个系统供电，而且将剩余电量提供给备用电池进行充电。当光线不足时（太阳能电池板提供的电量不足以使系统工作时），整个系统由备用电池进行供电。这样可以满足低功耗的要求。2总体设计2.1系统总体设计RS232太阳能电

4、池电源管理信号调理电路控制器(MSP430F)上位机整个系统由太阳能管理系统进行供电，电源管理系统始终处于工作状态，当阳光充足的时候电源管理系统不但为整个系统供电，而且将剩余电量提供给备用电池进行充电。当光线不足时（太阳能电池板提供的电量不足以使系统工作时），整个系统由备用电池进行供电。除供电系统外其余部分平时都处于待机模式，当上位机发出测量信号后，整个测量系统开始工作，将应变片由于形变引起的微小的阻值变化，经全桥电路转化为微小的电压变化，再通过INA128仪表放大电路将微小的电压变化放大100倍后送入单片机A

5、DC进行采样，在单片机内部将采集到的电压信号转换为实际的压力值，通过RS232协议发送给上位机，在上位机上显示出压力变化曲线。测量结束后，系统再次进入待机状态等待下次测量命令。整个系统框图如图2.1所示。图2.1系统总体设计框图2.2方案论证-1-低功耗无线工矿检测仪2.2.1电源管理模快电源管理模块主要是将太阳能电池板吸收的电能进行转换从而为为整个系统的供电。太阳能电池板提供功率一定的大电压小电流信号，为了保证后级电路的工作，要对其进行降压处理。方案一：采用线性电源。所谓线性电源是指功率调整管工作在线性放大区

6、的直流稳压电源。线性电源主要包括工频变压器、输出整流滤波器、控制电路和保护电路等。其工作过程：电压信号经工频变压器降压之后，再经过整流、滤波和线性稳压，最后输出一个纹波电压和稳压性能均符合要求的直流电压。其优点是输出纹波电压小、瞬态响应速度快、，调整率好、没有高频干扰、电路简单便于调整维修等。但由于线性电源自身结构和工作在线性状态的工作方式等方面的原因，导致体积很大，笨重，不能微型化，功耗大，发热量大，工作效率低下，一般在35%~45%。其应用电路连接图如图2.2所示。图2.2线性电源应用原理图方案二：采用开关

7、电源构成的buck电路(1)PWM驱动采用PWM驱动芯片TPS2812。TPS2812是TI公司生产的双高速MOSFET驱动芯片，它提供给负载一个峰值为2A的电流，满足了设计上要求最小击穿电流并且具有比同类产品消耗少一个数量级的优点，符合电路低功耗的要求。同时TPS2812还具有同步整流的功能，而不必担心同步整流部分需要分立元件驱动的问题。其引脚功能图如图2.3所示。18273645REG-IN1INGND2INREG-OUT1OUTVCC2OUT-2-低功耗无线工矿检测仪-2-低功耗无线工矿检测仪图2.3TP

8、S2812引脚功能图(2)开关电源buck电路开关电源的主要工作原理就是上桥和下桥的Mos管轮流导通，首先电流通过上桥Mos管流入，利用线圈的存储功能，将电能集聚在线圈中，最后关闭上桥Mos管，打开下桥的Mos管，线圈和电容持续给外部供电。然后又关闭下桥Mos管，再打开上桥让电流进入，就这样重复进行，因为要轮流开关Mos管，因其电路中的电力电子器件工作在开关状态，所以称为开关电源。它的