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1、便携式多参数环境监测仪的设计.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)上述各式说明,高精度的监测必须考虑传感器的非线性、温湿度影响、测量误差及环境误差等问题,尤其要着重解决测量中的非线性及温湿度补偿。在布置印刷电路板时尽量减少引线电阻和分布电容以降低测量误差。在电路设计上要加线性化处理电路及温湿度补偿电路,或借助于单片机系统,由软件查表等方法进行处理、修正(用软件实现传感器的校正补偿功能可降低仪器功耗)。如有可能可用标准
2、测量仪进行校准,以提高测量精度。图1监测仪硬件电路原理图2硬件设计监测仪主要由MSP430单片机、测量转换、键盘显示、串口通信、电池电源等部分组成。电路中器件很少,功耗较低且功能强大。具体硬件电路原理图如图1所示。2.1MSP430单片机单片机系统是监测仪的核心,它完成仪器的功能设定、测量对象选择、信号处理存储、状态显示、数据通讯等功能。相对于MCS51、MCS96及PIC1等系列,TI公司带闪速存储器的MSP430F系列超低功耗单片机有着很大的优势。MSP430F单片机有多种型号,其功能组合各异,能满足不同应用场合的要求。本设计采用MSP430F437,它的要特点2
3、如下:·工作电压低(1.8~3.6V),电流小(280μA/1MHz/活动模式),5种低功耗模式;·16位RISC架构,27条精简指令,125ns指令周期;·丰富的中断源并可任意嵌套,用中断请求将系统从备用状态唤醒仅需6μs;·片内看门狗及上电复位电路,可选时钟源(XTAL1、XTAL2或内部DCO);·具有中断功能的内部比较器A;·双向并行I/O口P1和P2(有中断功能)及P3~P6口,多数口有复用功能;·两个16位定时器A、B,均各带3个比较/捕获模块,每个模块可独立编程,用于产生定时脉冲,捕获外部事件;·片内集成4×32段LCD液晶驱动器,其外部引线复用P3~P
4、5口;·通用通信模块UARST0,软件可选同步/异步方式;·具有自动循环采集功能的8通道12位ADC12,自带采样保持器和可选电压基准;·JTAG接口或片内BOOTROM使程序调试极其简便,程序代码由安全熔丝保护。图2地址位多通信协议图MSP430F437不需加装存储器,片内自带1K字节RAM及在线可擦除编程32K字节主Flash+256字节信息Flash。片内Flash模块包含3个控制寄存器、时序发生器、擦除/编程电压发生器及Flash存储器本身。其中主Flash分为每段512字节的段0~63,信息Flash分为每段128字节的段A、B。MSP430F437存储器可
5、放大型数表,有高效的查表处理方法。本监测仪安排段0~23为程序代码区、段24为LCD显示字型表、段25~31存放校正和补偿表格、段32~63为用户采集数据保存区、段A+B存放各类参数。在电路中,其他主要模块的功能分配为:16位定时器A的比较/捕获模块0实现实现时分秒计时,比较/捕获模块1控制A/D采样周期;16位定时器B可实现P输出,预留作控制口;ADC12用于环境参数测量;比较器A作电池欠压监测;复用P3~P5口驱动LCD液晶显示器;通用通信模块UARST0实现RS485串行通信;预留JTAG接口以方便用户对仪器更新升级。2.2测量转换MSP430F437的ADC1
6、2转换模块具有高速通用的特点,12位的转换精度保证一般采样的分辨率要求。它的8个外部模拟采样通道可任意配置,转换参考电平VR+和VR-来自内部或外部,也可以是两者的组合;内嵌的采样/保持电路给用户提供了对采样时序的各种选择,采样时序可通过软件位、3种内部或外部信号来直接控制。ADC12有4种工作模式。可以在单通道上实现单次转换或多次转换,序列通道上实现单次转换或重单次转换或多次转换,在序列通道上实现单次转换或重复转换。对于序列通道转换,采样顺序完全由用户定义。ADC12转换结果保存在16个转换存储寄存器ADC12MEM0~ADC12MEM15中。其值如(5)式:NAD
7、C=4096×(Vin-VR-)/(VR+-VR-)(5)每个存储寄存器有各自相应的控制寄存器ADC12CTL0~ADC12CTL15,可用软件独立配置采样通道号及转换所需参考电平。本监测仪中,各环境参数传感器的输出经U2前置放大后,送入A0~A3模拟输入端。4路信号的转换参考电平均取VR+=2.5V和VR-=0V。ADC12工作模式设为序列通道单次转换,每次转换由定时器A比较/捕获模块1的定时输出OUT1启动。序列单次转换完成后,将置位ADC12中断请求。向并行I/O口P1和P2(有中断功能)及P3~P6口,多数口有复用功能;·两个16位定时器A、
