基于MSP430 單片機的便攜式氣象儀設(shè)計

　　2.4 氣壓測量模塊

　　氣壓傳感器選用美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的具有溫度補償能力的集成壓力傳感器MPX4115,這種芯片可靠性高，經(jīng)濟性和適用性均符合要求，其輸出與外加壓力成正比，測量范圍是15~115 kPa,輸出電壓范圍是0.2~4.8 V.MPX4115輸出電壓與大氣壓的關(guān)系如下：

　　式中：VS 是電源電壓；P 是大氣壓.MPX4115 輸出電壓送給MSP430 單片機內(nèi)部A/D,由于單片機內(nèi)部A/D 的參考電壓為2.5 V,小于壓力傳感器最大輸出電壓，所以，在MPX4115 輸出端用電阻分壓，輸入單片機后，根據(jù)式（1），換算得到氣壓值.氣壓測量電路如圖4所示.

　　2.5 風(fēng)速測量模塊

　　風(fēng)速測量傳感器選用CS3144霍爾開關(guān)集成電路，它是運用半導(dǎo)體集成電路技術(shù)制造出的磁場敏感電路，它的組成有電壓調(diào)整器.霍爾電壓發(fā)生器.差分放大電路.思密特觸發(fā)器.溫度補償電路以及集電極的開路輸出，其的輸入是磁場感應(yīng)強度，輸出的是數(shù)字電壓信號.

　　為測量風(fēng)速，選用三風(fēng)杯式風(fēng)速組件，在風(fēng)杯的旋轉(zhuǎn)體上加上小磁鋼，小磁鋼體積小，質(zhì)量小，磁鋼強，其磁場適合于被霍爾傳感器接收，且方便屏蔽環(huán)境里的其他磁場，也可以減小機械系統(tǒng)對最后的感應(yīng)量的影響，從而使測量更加精確.風(fēng)速測量電路如圖5 所示，由CS3144接收磁場強度輸出數(shù)字信號再由LM393轉(zhuǎn)化成為脈沖，最后傳送到單片機的I/O口，小磁鋼每次轉(zhuǎn)過一圈，就會輸出一個脈沖給單片機接收，利用單片機計數(shù)，得每秒鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù)，再轉(zhuǎn)換成當(dāng)前的風(fēng)速.利用電壓比較器LM393 還可以起到調(diào)節(jié)霍爾元件靈敏度的作用，調(diào)節(jié)電位器，反向輸入端的比較電壓相應(yīng)變化，比較的電壓變低時，輸入的數(shù)字信號很小也會輸出脈沖，相應(yīng)的靈敏度變高，反之則靈敏度變低.

　　2.6 風(fēng)向測量模塊

　　為了達到較好的測量效果，選擇增壓式光電編碼器CHA3806 進行風(fēng)向的測量，增壓式光電編碼器一般輸出A,B,Z三路脈沖信號，Z信號主要用于同步或調(diào)零，A.B信號包含了被測對象的旋轉(zhuǎn)方向.旋轉(zhuǎn)速率等信息，它的機械構(gòu)造相比而言是簡單的，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，有600分辨率的編碼盤，測量范圍在0°~360°，滿足測量要求.

　　在光電編碼器的旋轉(zhuǎn)軸上加上很大的風(fēng)向標(biāo)，當(dāng)風(fēng)向標(biāo)角度變化時，光電編碼器就會發(fā)出A,B 兩路相位差90°的數(shù)字脈沖信號.當(dāng)角度為正轉(zhuǎn)時A 超前B 為90°，反轉(zhuǎn)時則B超前A為90°.輸出的數(shù)字脈沖信號的個數(shù)和角度位移量的關(guān)系為正比.因此，通過對脈沖信號計數(shù)就能計算出相應(yīng)的角位移量.風(fēng)向測量電路如圖6所示.

　　光電編碼器的輸出A,B向脈沖接到單片機的I/O端口，固定選擇某一個光電編碼器位置朝向北，每轉(zhuǎn)過一個位置，A 發(fā)出一個脈沖被單片機接收，此時單片機會判別B 脈沖此時為高電平還是低電平.如果B 是高電平，則此時光電編碼器為正轉(zhuǎn)，計數(shù)加1;否則光電編碼器編碼器反轉(zhuǎn)，計數(shù)減1,計數(shù)等于600時歸零，同樣的小于0 的角度則從599 開始減去，最終的計數(shù)值乘以0.6,這樣就測算出了風(fēng)向.為了直觀的看出風(fēng)向，按照風(fēng)向表示法，以0°為正北，每隔22.5°為一類，分別表示，北風(fēng).北東北風(fēng).東北風(fēng).東東北風(fēng).東風(fēng).東東南風(fēng).東南風(fēng).南東風(fēng).南風(fēng).南西南風(fēng).西南風(fēng).西西南風(fēng).西風(fēng).西西北風(fēng).西北風(fēng).北西北風(fēng)，液晶顯示時風(fēng)的類型和偏轉(zhuǎn)角一同顯示.

　　2.7 人機接口模塊

　　鍵盤模塊：采用6 個獨立按鍵，分別對應(yīng)觀測.查詢.儲存.自動測量.上.下6個功能.上.下鍵用于在查詢功能中看不同時期的測量值.液晶顯示模塊：采用低功耗12864 液晶，3.3 V 供電，打開背光時工作電流約10 mA,關(guān)閉背光工作電流小于1 mA.觀測時實時顯示當(dāng)前時間.溫度.濕度.氣壓.風(fēng)速.風(fēng)向；查詢時，現(xiàn)實記錄的測量值和測量時間；自動測量時，可由單片機控制，關(guān)閉背光，減少電能消耗，達到低功耗效果.

　　2.8 其他硬件模塊

　　系統(tǒng)電源模塊：電路中共用到3.3 V.5 V電壓值，由于是便攜式產(chǎn)品，可用5 V 鋰電池供電.進入系統(tǒng)后，5 V 電壓通過LM1117 3.3 V 得到3.3 V 電壓給MSP430單片機供電.

　　時鐘模塊：實時時鐘采用低功耗芯片DS1302,可自動對秒.分.時.日.周.月.念年及閏年補償進行計數(shù)，擴展萬年歷功能顯示，功耗低，2.5 V 供電時，功耗小于300 nA,且精度較高，滿足系統(tǒng)需求.