基于MSP430F149單片機(jī)的炮兵氣象儀設(shè)計(jì)

（3）風(fēng)速測(cè)量電路

風(fēng)速測(cè)量電路如圖5所示，風(fēng)速的測(cè)量是采用葉輪式風(fēng)速傳感器，風(fēng)速傳感器與主芯片的連接只需要普通I/O接口，其連接于P1.0引腳，主芯片的P1.0引腳接收霍爾傳感器產(chǎn)生的電磁脈沖。

圖5 風(fēng)速測(cè)量電路圖

（4）風(fēng)向測(cè)量電路

風(fēng)向測(cè)量電路如圖6所示。系統(tǒng)采用由平面電子羅盤XW3200和風(fēng)標(biāo)組成的磁方位風(fēng)向傳感器來進(jìn)行風(fēng)向測(cè)量，采用集成電路轉(zhuǎn)換芯片MAX3232來實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，MAX3232芯片能實(shí)現(xiàn)電平的雙向轉(zhuǎn)換。該芯片包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器IC芯片，內(nèi)部有一個(gè)電源轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V電壓變換成為RS232輸出電平所需要的-10V～+10V電壓。

圖6 風(fēng)向測(cè)量電路圖

（5）通信電路

氣象儀通過RS485實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通信，RS485是一種多點(diǎn)通信標(biāo)準(zhǔn)，采用差分信號(hào)進(jìn)行傳輸，具有較高的抗共模干擾能力；能夠檢測(cè)到200mV電壓，具有較高的靈敏度；數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mb/s。MAX485連接主芯片的USART0，P3.3連接MAX485的控制引腳，當(dāng)P3.3為低電平時(shí)接收數(shù)據(jù)，為高電平時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，C1為電源濾波電容，A、B端連接有120Ω的電阻，通信電路如圖7所示。

圖7 通信電路圖

（6）晶振電路和復(fù)位電路

MSP430F149可接入2個(gè)外部振蕩器，一個(gè)為低速晶體振蕩器，經(jīng)過XIN和XOUT兩個(gè)引腳相連，另一個(gè)為高速晶體振蕩器，經(jīng)過XT2IN和XT2OUT兩個(gè)引腳，根據(jù)需要外接電容，范圍可以為450KHz～8MHz。外部晶振頻率的選擇與系統(tǒng)供電電壓有著密切關(guān)系，根據(jù)氣象儀的實(shí)際需要，選擇了4M外部有源晶振，輸出直接接入晶振的XT2IN引腳，XT2OUT空。

復(fù)位電路的設(shè)計(jì)要能使系統(tǒng)可靠復(fù)位，并在各種復(fù)雜情況下穩(wěn)定工作，在MSP430F149單片機(jī)中有一RST復(fù)位管腳，它與不可屏蔽中斷功能管腳復(fù)用，可由軟件選擇其功能，正常情況下為復(fù)位功能。系統(tǒng)采用外接芯片復(fù)位，在復(fù)位腳上連接復(fù)位芯片HT7027。

氣象儀軟件設(shè)計(jì)

氣象儀的軟件設(shè)計(jì)共有以下任務(wù)：

（1）完成硬件系統(tǒng)如特殊功能寄存器和I/O口等的初始化。

（2）具有溫度、壓力、風(fēng)速和風(fēng)向傳感器初始化和檢查功能。

（3）具有對(duì)溫度傳感器采集的溫度數(shù)字信號(hào)接收和存儲(chǔ)功能。

（4）具有對(duì)壓力傳感器采集模擬信號(hào)實(shí)施A/D轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)功能。

（5）具有對(duì)風(fēng)速傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)實(shí)施計(jì)數(shù)、計(jì)算和存儲(chǔ)功能。

（6）完成通信接口的初始化功能，實(shí)現(xiàn)與風(fēng)向傳感器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

（7）具有電源檢測(cè)，轉(zhuǎn)換低功耗狀態(tài)的功能。

（8）具有數(shù)據(jù)濾波功能，剔除采集到的誤差較大的數(shù)據(jù)。

氣象儀軟件包含主程序模塊、溫度數(shù)據(jù)采集模塊、壓力數(shù)據(jù)采集模塊、風(fēng)速數(shù)據(jù)采集模塊、風(fēng)向數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊以及數(shù)據(jù)濾波模塊等。

主程序的基本流程為氣象儀在接收到處理機(jī)的命令后，通過各傳感器采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存放到指定寄存器中，進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波，將采集到的數(shù)據(jù)通過RS485傳送給處理機(jī)，其流程如圖8所示。

圖8 氣象儀主程序流程圖

從風(fēng)向、風(fēng)速、溫度和壓力傳感器采集到的數(shù)據(jù)，因受多種因素的影響，可能存在不符合條件或測(cè)量誤差較大的數(shù)據(jù)，為了保證測(cè)量的精確性，必須對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，剔除精確性較差的數(shù)據(jù)。為此，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)，采用每十個(gè)求取平均值，剔除與平均值差值較大的數(shù)據(jù)，再將剩余的精確數(shù)據(jù)求平均值，其平均值即為測(cè)量所需的風(fēng)速、風(fēng)向、壓力和溫度數(shù)據(jù)。

結(jié)束語

本文基于MSP430系列超低功耗單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種高效、高精度、自動(dòng)化炮兵氣象儀，用以滿足炮兵部隊(duì)訓(xùn)練所需。本文根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇了合適的壓力傳感器、溫度傳感器、風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器，并完成了氣象儀硬件和軟件設(shè)計(jì)。該氣象儀性能可靠、工作穩(wěn)定，能夠滿足部隊(duì)訓(xùn)練使用精度和技術(shù)性能指標(biāo)要求。