基于MSP430單片機的便攜式氣象儀設計

2．5 風速測量模塊
風速測量傳感器選用CS3144霍爾開關集成電路，它是運用半導體集成電路技術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強度，輸出的是數(shù)字電壓信號。

為測量風速，選用三風杯式風速組件，在風杯的旋轉(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)對最后的感應量的影響，從而使測量更加精確。風速測量電路如圖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)換成當前的風速。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，相應的靈敏度變高，反之則靈敏度變低。
2．6 風向測量模塊
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)軸上加上很大的風向標，當風向標角度變化時，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)和角度位移量的關系為正比。因此，通過對脈沖信號計數(shù)就能計算出相應的角位移量。風向測量電路如圖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，這樣就測算出了風向。為了直觀的看出風向，按照風向表示法，以0°為正北，每隔22．5°為一類，分別表示，北風、北東北風、東北風、東東北風、東風、東東南風、東南風、南東風、南風、南西南風、西南風、西西南風、西風、西西北風、西北風、北西北風，液晶顯示時風的類型和偏轉(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，關閉背光工作電流小于1 mA。觀測時實時顯示當前時間、溫度、濕度、氣壓、風速、風向；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。
E2PROM模塊：由于儲存數(shù)據(jù)較多，選用儲存空間較大，成本較低的AT24C256儲存器。這種E2PROM具有32 KB容量，通過I2C總線與單片機相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲存與讀取。