基于MSP430单片机的便携式气象仪设计

2.4气压测量模块

气压传感器选用美国摩托罗拉公司生产的具有温度补偿能力的集成压力传感器MPX4115，这种芯片可靠性高，经济性和适用性均符合要求，其输出与外加压力成正比，测量范围是15～115 kPa，输出电压范围是0.2～4.8 V.MPX4115输出电压与大气压的关系如下：Vo≈Vs（P×0.009-0.095） （1）

　　式中：Vs是电源电压；P是大气压。MPX4115输出电压送给MSP430单片机内部A/D，由于单片机内部A/D的参考电压为2.5 V，小于压力传感器最大输出电压，所以，在MPX4115输出端用电阻分压，输入单片机后，根据式（1），换算得到气压值。气压测量电路如图4所示。

　　2.5风速测量模块

风速测量传感器选用CS3144霍尔开关集成电路，它是运用半导体集成电路技术制造出的磁场敏感电路，它的组成有电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大电路、思密特触发器、温度补偿电路以及集电极的开路输出，其的输入是磁场感应强度，输出的是数字电压信号。

　　为测量风速，选用三风杯式风速组件，在风杯的旋转体上加上小磁钢，小磁钢体积小，质量小，磁钢强，其磁场适合于被霍尔传感器接收，且方便屏蔽环境里的其他磁场，也可以减小机械系统对最后的感应量的影响，从而使测量更加精确。风速测量电路如图5所示，由CS3144接收磁场强度输出数字信号再由 LM393转化成为脉冲，最后传送到单片机的I/O口，小磁钢每次转过一圈，就会输出一个脉冲给单片机接收，利用单片机计数，得每秒钟转的圈数，再转换成当前的风速。利用电压比较器LM393还可以起到调节霍尔元件灵敏度的作用，调节电位器，反向输入端的比较电压相应变化，比较的电压变低时，输入的数字信号很小也会输出脉冲，相应的灵敏度变高，反之则灵敏度变低。

　　2.6风向测量模块

　　为了达到较好的测量效果，选择增压式光电编码器CHA3806进行风向的测量，增压式光电编码器一般输出A，B，Z三路脉冲信号，Z信号主要用于同步或调零，A、B信号包含了被测对象的旋转方向、旋转速率等信息，它的机械构造相比而言是简单的，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，有 600分辨率的编码盘，测量范围在0°～360°，满足测量要求。

　　在光电编码器的旋转轴上加上很大的风向标，当风向标角度变化时，光电编码器就会发出A，B两路相位差90°的数字脉冲信号。当角度为正转时A超前B为 90°，反转时则B超前A为90°。输出的数字脉冲信号的个数和角度位移量的关系为正比。因此，通过对脉冲信号计数就能计算出相应的角位移量。风向测量电路如图6所示。

　　光电编码器的输出A，B向脉冲接到单片机的I/O端口，固定选择某一个光电编码器位置朝向北，每转过一个位置，A发出一个脉冲被单片机接收，此时单片机会判别B脉冲此时为高电平还是低电平。如果B是高电平，则此时光电编码器为正转，计数加1；否则光电编码器编码器反转，计数减1，计数等于600时归零，同样的小于0的角度则从599开始减去，最终的计数值乘以0.6，这样就测算出了风向。为了直观的看出风向，按照风向表示法，以0°为正北，每隔22.5° 为一类，分别表示，北风、北东北风、东北风、东东北风、东风、东东南风、东南风、南东风、南风、南西南风、西南风、西西南风、西风、西西北风、西北风、北西北风，液晶显示时风的类型和偏转角一同显示。

　　2.7人机接口模块

　　键盘模块：采用6个独立按键，分别对应观测、查询、储存、自动测量、上、下6个功能。上、下键用于在查询功能中看不同时期的测量值。液晶显示模块：采用低功耗12864液晶，3.3 V供电，打开背光时工作电流约10 mA，关闭背光工作电流小于1 mA.观测时实时显示当前时间、温度、湿度、气压、风速、风向；查询时，现实记录的测量值和测量时间；自动测量时，可由单片机控制，关闭背光，减少电能消耗，达到低功耗效果。

　　2.8其他硬件模块

　　系统电源模块：电路中共用到3.3 V、5 V电压值，由于是便携式产品，可用5 V锂电池供电。进入系统后，5 V电压通过LM1117 3.3 V得到3.3 V电压给MSP430单片机供电。

　　时钟模块：实时时钟采用低功耗芯片DS1302，可自动对秒、分、时、日、周、月、念年及闰年补偿进行计数，扩展万年历功能显示，功耗低，2.5 V供电时，功耗小于300 nA，且精度较高，满足系统需求。

　　E2PROM模块：由于储存数据较多，选用储存空间较大，成本较低的AT24C256储存器。这种E2PROM具有32 KB容量，通过I2C总线与单片机相连，实现数据的储存与读取。

　　3软件设计

　　3.1软件流程气象仪的软件设计