基于MSP430 單片機(jī)的便攜式氣象儀設(shè)計(jì)

　　2.4 氣壓測(cè)量模塊

　　氣壓傳感器選用美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的具有溫度補(bǔ)償能力的集成壓力傳感器MPX4115,這種芯片可靠性高，經(jīng)濟(jì)性和適用性均符合要求，其輸出與外加壓力成正比，測(cè)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(jī)內(nèi)部A/D,由于單片機(jī)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(jī)后，根據(jù)式（1），換算得到氣壓值.氣壓測(cè)量電路如圖4所示.

　　2.5 風(fēng)速測(cè)量模塊

　　風(fēng)速測(cè)量傳感器選用CS3144霍爾開(kāi)關(guān)集成電路，它是運(yùn)用半導(dǎo)體集成電路技術(shù)制造出的磁場(chǎng)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(bǔ)償電路以及集電極的開(kāi)路輸出，其的輸入是磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度，輸出的是數(shù)字電壓信號(hào).

　　為測(cè)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(qiáng)，其磁場(chǎng)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(chǎng)，也可以減小機(jī)械系統(tǒng)對(duì)最后的感應(yīng)量的影響，從而使測(cè)量更加精確.風(fēng)速測(cè)量電路如圖5 所示，由CS3144接收磁場(chǎng)強(qiáng)度輸出數(shù)字信號(hào)再由LM393轉(zhuǎn)化成為脈沖，最后傳送到單片機(jī)的I/O口，小磁鋼每次轉(zhuǎn)過(guò)一圈，就會(huì)輸出一個(gè)脈沖給單片機(jī)接收，利用單片機(jī)計(jì)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(shí)，輸入的數(shù)字信號(hào)很小也會(huì)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(cè)量模塊

　　為了達(dá)到較好的測(cè)量效果，選擇增壓式光電編碼器CHA3806 進(jìn)行風(fēng)向的測(cè)量，增壓式光電編碼器一般輸出A,B,Z三路脈沖信號(hào)，Z信號(hào)主要用于同步或調(diào)零，A.B信號(hào)包含了被測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)方向.旋轉(zhuǎn)速率等信息，它的機(jī)械構(gòu)造相比而言是簡(jiǎn)單的，機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，有600分辨率的編碼盤，測(cè)量范圍在0°~360°，滿足測(cè)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(shí)，光電編碼器就會(huì)發(fā)出A,B 兩路相位差90°的數(shù)字脈沖信號(hào).當(dāng)角度為正轉(zhuǎn)時(shí)A 超前B 為90°，反轉(zhuǎn)時(shí)則B超前A為90°.輸出的數(shù)字脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)和角度位移量的關(guān)系為正比.因此，通過(guò)對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)就能計(jì)算出相應(yīng)的角位移量.風(fēng)向測(cè)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(jī)的I/O端口，固定選擇某一個(gè)光電編碼器位置朝向北，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)位置，A 發(fā)出一個(gè)脈沖被單片機(jī)接收，此時(shí)單片機(jī)會(huì)判別B 脈沖此時(shí)為高電平還是低電平.如果B 是高電平，則此時(shí)光電編碼器為正轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)加1;否則光電編碼器編碼器反轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)減1,計(jì)數(shù)等于600時(shí)歸零，同樣的小于0 的角度則從599 開(kāi)始減去，最終的計(jì)數(shù)值乘以0.6,這樣就測(cè)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(shí)風(fēng)的類型和偏轉(zhuǎn)角一同顯示.

　　2.7 人機(jī)接口模塊

　　鍵盤模塊：采用6 個(gè)獨(dú)立按鍵，分別對(duì)應(yīng)觀測(cè).查詢.儲(chǔ)存.自動(dòng)測(cè)量.上.下6個(gè)功能.上.下鍵用于在查詢功能中看不同時(shí)期的測(cè)量值.液晶顯示模塊：采用低功耗12864 液晶，3.3 V 供電，打開(kāi)背光時(shí)工作電流約10 mA,關(guān)閉背光工作電流小于1 mA.觀測(cè)時(shí)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間.溫度.濕度.氣壓.風(fēng)速.風(fēng)向；查詢時(shí)，現(xiàn)實(shí)記錄的測(cè)量值和測(cè)量時(shí)間；自動(dòng)測(cè)量時(shí)，可由單片機(jī)控制，關(guān)閉背光，減少電能消耗，達(dá)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(jìn)入系統(tǒng)后，5 V 電壓通過(guò)LM1117 3.3 V 得到3.3 V 電壓給MSP430單片機(jī)供電.

　　時(shí)鐘模塊：實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用低功耗芯片DS1302,可自動(dòng)對(duì)秒.分.時(shí).日.周.月.念年及閏年補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)數(shù)，擴(kuò)展萬(wàn)年歷功能顯示，功耗低，2.5 V 供電時(shí)，功耗小于300 nA,且精度較高，滿足系統(tǒng)需求.