一种基于MSP430的低功耗便携式气象仪设计

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。

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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。

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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。

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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

包括系统的初始化、温度数据采集、湿度数据采集、气压数据采集、风速数据采集、风向数据采集、时钟、液晶显示、储存、按键等10大模块，主要流程如图7，图