基于MSP430F149單片機的炮兵氣象儀設計

（3）風速測量電路

風速測量電路如圖5所示，風速的測量是采用葉輪式風速傳感器，風速傳感器與主芯片的連接只需要普通I/O接口，其連接于P1.0引腳，主芯片的P1.0引腳接收霍爾傳感器產(chǎn)生的電磁脈沖。

圖5 風速測量電路圖

（4）風向測量電路

風向測量電路如圖6所示。系統(tǒng)采用由平面電子羅盤XW3200和風標組成的磁方位風向傳感器來進行風向測量，采用集成電路轉(zhuǎn)換芯片MAX3232來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，MAX3232芯片能實現(xiàn)電平的雙向轉(zhuǎn)換。該芯片包含兩路接收器和驅(qū)動器IC芯片，內(nèi)部有一個電源轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V電壓變換成為RS232輸出電平所需要的-10V～+10V電壓。

圖6 風向測量電路圖

（5）通信電路

氣象儀通過RS485實現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通信，RS485是一種多點通信標準，采用差分信號進行傳輸，具有較高的抗共模干擾能力；能夠檢測到200mV電壓，具有較高的靈敏度；數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mb/s。MAX485連接主芯片的USART0，P3.3連接MAX485的控制引腳，當P3.3為低電平時接收數(shù)據(jù)，為高電平時發(fā)送數(shù)據(jù)，C1為電源濾波電容，A、B端連接有120Ω的電阻，通信電路如圖7所示。

圖7 通信電路圖

（6）晶振電路和復位電路

MSP430F149可接入2個外部振蕩器，一個為低速晶體振蕩器，經(jīng)過XIN和XOUT兩個引腳相連，另一個為高速晶體振蕩器，經(jīng)過XT2IN和XT2OUT兩個引腳，根據(jù)需要外接電容，范圍可以為450KHz～8MHz。外部晶振頻率的選擇與系統(tǒng)供電電壓有著密切關(guān)系，根據(jù)氣象儀的實際需要，選擇了4M外部有源晶振，輸出直接接入晶振的XT2IN引腳，XT2OUT空。

復位電路的設計要能使系統(tǒng)可靠復位，并在各種復雜情況下穩(wěn)定工作，在MSP430F149單片機中有一RST復位管腳，它與不可屏蔽中斷功能管腳復用，可由軟件選擇其功能，正常情況下為復位功能。系統(tǒng)采用外接芯片復位，在復位腳上連接復位芯片HT7027。

氣象儀軟件設計

氣象儀的軟件設計共有以下任務：

（1）完成硬件系統(tǒng)如特殊功能寄存器和I/O口等的初始化。

（2）具有溫度、壓力、風速和風向傳感器初始化和檢查功能。

（3）具有對溫度傳感器采集的溫度數(shù)字信號接收和存儲功能。

（4）具有對壓力傳感器采集模擬信號實施A/D轉(zhuǎn)換并存儲功能。

（5）具有對風速傳感器產(chǎn)生的脈沖信號實施計數(shù)、計算和存儲功能。

（6）完成通信接口的初始化功能，實現(xiàn)與風向傳感器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

（7）具有電源檢測，轉(zhuǎn)換低功耗狀態(tài)的功能。

（8）具有數(shù)據(jù)濾波功能，剔除采集到的誤差較大的數(shù)據(jù)。

氣象儀軟件包含主程序模塊、溫度數(shù)據(jù)采集模塊、壓力數(shù)據(jù)采集模塊、風速數(shù)據(jù)采集模塊、風向數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊以及數(shù)據(jù)濾波模塊等。

主程序的基本流程為氣象儀在接收到處理機的命令后，通過各傳感器采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存放到指定寄存器中，進行數(shù)據(jù)濾波，將采集到的數(shù)據(jù)通過RS485傳送給處理機，其流程如圖8所示。

圖8 氣象儀主程序流程圖

從風向、風速、溫度和壓力傳感器采集到的數(shù)據(jù)，因受多種因素的影響，可能存在不符合條件或測量誤差較大的數(shù)據(jù)，為了保證測量的精確性，必須對所得到的數(shù)據(jù)進行篩選，剔除精確性較差的數(shù)據(jù)。為此，對采集到的數(shù)據(jù)，采用每十個求取平均值，剔除與平均值差值較大的數(shù)據(jù)，再將剩余的精確數(shù)據(jù)求平均值，其平均值即為測量所需的風速、風向、壓力和溫度數(shù)據(jù)。

結(jié)束語

本文基于MSP430系列超低功耗單片機設計了一種高效、高精度、自動化炮兵氣象儀，用以滿足炮兵部隊訓練所需。本文根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇了合適的壓力傳感器、溫度傳感器、風速傳感器和風向傳感器，并完成了氣象儀硬件和軟件設計。該氣象儀性能可靠、工作穩(wěn)定，能夠滿足部隊訓練使用精度和技術(shù)性能指標要求。