基于MSP430 单片机的便携式气象仪设计

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8所示.

　　系统初始化以后，各个传感器开始采集数据.时钟芯片开始计时.单片机开始处理数据.液晶开始实时显示数据.当触发不同的功能按键，系统进入按键中断，执行储存.查询数据等功能.

　　传感器采集的数据受外界因素的干扰，有可能采集到存在误差较大的数据，为了保证测量的精确性，对采集到的数据每10个做平均值，其平均值作为最终的测量数据，进行显示.储存，以减小测量误差.

　　3.2 低功耗设计

MSP430单片机最大优势在于它的低功耗特性，本系统程序按照低功耗方式设计.除了必要的设备初始化以外，其余程序（键盘触发.定时器.A/D转换）均在中断中完成.单片机大部分时间处于LPM1 低功耗模式中，只有中断被触发时，才被唤醒，这