基于加速度传感器的低功耗冲击记录仪的实现

，美国TI公司MSP430，一种采用了最新低功耗技术新型的单片机，被认为适合冲击记录仪的工作使用。MSP430工作在1.8～3.6V电压下，有正常工作模式（AM）和4种低功耗工作模式（LPM1、LPM2、LPM3、LPM4），在电源电压为3V时，各种模式的工作电流分别为 AM：340uA、LPM1：70uA、LPM2：17uA、LPM3：2uA、LPM4：0.1uA。单片机可以方便的在各种工作模式之间切换，特别适合在电池供电、便携式设备中的应用。MSP430也具有非常高的集成度，单片集成了多通道12bit的A/D转换、片内精密比较器、多个具有PWM功能的定时器、斜边A/D转换、片内USART、看门狗定时器、片内数控振荡器（DCO）、大量的I/O端口。MSP430有大容量的片内存储器，有ROM（C型）、OTP（P型）、EPROM（E型）、Flash Memory（F型）4种型号。

　　外围器件与电路有各种存储器全部采用功耗极低的VMOS芯片以实现整机极低功耗的目标。

　　主板电路的设计

　　■ 用双CPU设计，可大大减少硬件电路，减少繁琐的译码、逻辑变换，使得系统硬件数量减少，同时软件资源分配及设计均相对独立，易于修改程序；

　　■ 随机液晶显示屏、随机轻触式按键；

　　■ 采样频率高于每秒十万次不间断采样，不会漏过任何一次振动；

　　■ 数据永久性储存功能；即使掉电或断电，记录仪储存的数据也不会丢失；

　　■ 记录仪的数据存储及显示的数据按大到小顺序排列功能，数据读取非常方便；

　　■ 可连接GPS卫星定位系统、冲击数据和冲击地点位置、时间可同时显示。

　　整机的低功耗控制技术

　　有了主要的低功耗芯片，整机的低功耗控制技术的采用在设计中也是非常重要的环节。功耗的控制在这里要通过软件来实现，

　　尽量采用待机运行方式

　　单片机MSP430 有4种低功耗工作模式，节电效果显著。单片机在不需要工作时进入待机状态或掉电状态，需要工作时再唤醒。在仪器检测到较长时间的静止情况后，系统进入待机状态。开始运动后，传感器有输出，传感器输出信号前端电路变换来唤醒单片机工作。通过这种管理方式，大大地节约了在不需要工作时的功耗。有效地延长了整机一次充电的持续工作时间。

　　有效控制外围器件与电路的功耗

　　对外围器件与电路的功耗采取管理措施，使其在不工作时进入维持状态或停止供电，以降低功耗。在单片机应用系统中，存储器的功耗是比较大的，待机时将存储器状态设置为维持状态使功耗显著下降。

　　选用运算速度快的算法

　　针对本项目要处理的数据等具体问题，合理选用运算速度快、精度高的新算法，能减少CPU运行时间。

　　尽量用定时中断替代软件延时

　　在间断测量的情况下，应采用外部中断或内部定时/计数中断，不要采用软件延时，以减少CPU运行时间。单片机的外部中断源不够用时，可方便地扩充。

　　尽量用静态显示替代动态显示

　　选用具有数据锁存、译码、驱动和显示功能的LCD显示组件，只要组件不掉电，数据一直保留，内容一直显示，直到单片机对其刷新。

　　缩短通信时间

　　用RS-232通信接口通信时，若通信的数据量较大，应提高传输的波特率，缩短通信时间。可采用高效率的编码方式，如BCD码的编码与ASCII码相比，效率提高一倍。发送和接收时不要循环等待，而应采用串行中断。

　　硬件软化

　　传统的硬件滤波电路（如有源滤波器）本身耗电可观，且不需要其工作时难以控制其不耗电，故功耗相对较大。改用软件滤波可克服功耗大的缺点。

　　降低时钟频率

　　在满足运算速度要求的前提下，尽量降低时钟频率，可达到降低功耗的目的。降低时钟频率而不牺牲运算速度是目前单片机技术发展的特点之一。

　　降低供电电压

　　当外围器件与电路的工作电压不能低至单片机工作电压的下限或各部分电路的工作电压下限不尽相同时，不能象单片机那样由电池直接供电，可通过DC-DC变换器供电。DC-DC变换器芯片种类较多，大致可分为升压型、降压型和极性反转型，供电方式灵活，转换效率高（很多芯片达90%以上），体积小巧，使用方便。

　　抗干扰措施

　　在记录仪工作的环境中有各种各样的干扰，可能会影响到工作可靠性和精度。必须采用抗干扰措施来保证记录仪的稳定工作。本文设计的冲击记录仪整机采用屏蔽网有效地保证记录仪工作时不受外界电磁信号的干扰。GPS卫星定位系统不在其中。

　　结论

传统的冲击记录仪无论精度，使用的方便程度都受到其结构的限制，很难实现多功能。全电子智能化是其发展方向。本文所设计实现的冲击记录仪是在此方向上的一个探索，相信随着电子加速度传感器的不断进步和芯片技术的飞速发展，冲击记录仪也会不断丰富和扩充功能，为