基于MSP430F148的土基智能測(cè)斜儀

測(cè)斜儀是一種測(cè)定鉆孔傾角、方位角和土體側(cè)移及沉降的儀器，在實(shí)際工程施工當(dāng)中有著重要作用。施工中對(duì)位移的監(jiān)測(cè)是研究環(huán)境影響的主要手段。目前大多數(shù)測(cè)斜儀采用傳統(tǒng)單片機(jī)作為控制CPU。由于傳統(tǒng)單片機(jī)運(yùn)行速度慢，內(nèi)部資源少，并且由于測(cè)斜儀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種便攜式設(shè)備，一般是由蓄電池供電，因此對(duì)系統(tǒng)功耗有較高的要求。
針對(duì)傳統(tǒng)單片機(jī)在測(cè)斜領(lǐng)域應(yīng)用的缺點(diǎn)和不足，本文所設(shè)計(jì)的測(cè)斜儀系統(tǒng)采用16位超低功耗單片機(jī)MSP430Fl48作為控制CPU，具有運(yùn)行速度快、功耗低、電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，非常適合傾角測(cè)量等各種功耗要求較高的場(chǎng)合，其在低功耗方面的優(yōu)越之處，是傳統(tǒng)單片機(jī)不可比擬的，其內(nèi)部自帶的12位A／D轉(zhuǎn)換器和DMA控制單元分別用于系統(tǒng)采樣電路和數(shù)據(jù)傳輸部分，使得系統(tǒng)的硬件電路更加集成化、小型化。

1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)
測(cè)斜儀本質(zhì)上是一個(gè)數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)。采用主從式控制結(jié)構(gòu)，上位機(jī)為PC機(jī)，下位機(jī)為MSP430控制器。系統(tǒng)的主要部分主要由PC機(jī)、傳感器信號(hào)采樣處理電路、以TI公司MSP430F148為核心的MSP430控制器、其他外圍電路構(gòu)成。圖1為該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。

1．1 電源模塊
系統(tǒng)采用3．3 V供電，考慮到系統(tǒng)低功耗的特點(diǎn)，要求電源具有穩(wěn)壓功能，因此系統(tǒng)電源采用Maxim公司的MAX8902B。MAX8902B能提供0．6～5．3 V的輸出電壓，并且輸出噪聲低，能很好滿(mǎn)足測(cè)斜儀系統(tǒng)的要求。MAX8902B的工作電路為T(mén)T提供的典型工作電路。
1．2 電池電量檢測(cè)模塊
系統(tǒng)內(nèi)部有電池電量檢測(cè)模塊，如圖2所示。通過(guò)LM339A比較蓄電池電壓和基準(zhǔn)電壓，當(dāng)蓄電池電壓過(guò)低時(shí)報(bào)警提示以防由于電量缺失造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定。

1．3 USB模塊
采用CP2101實(shí)現(xiàn)USB-UART轉(zhuǎn)換。CP2101內(nèi)置有與計(jì)算機(jī)通信的USB協(xié)議，工作時(shí)在計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生一個(gè)虛擬COM端口，用戶(hù)就可以按照通用串行口的控制方式使用該COM端口。通過(guò)CP210l可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)UART到USB間的橋接，從而為系統(tǒng)增加USB通信接口，而原來(lái)開(kāi)發(fā)的串口應(yīng)用程序則無(wú)需大改動(dòng)。CP2l01的外圍電路非常簡(jiǎn)單，只要接2只去耦電容即可。只需將其引腳TXD和RXD分別連接至MSP430F148的P3．5和P3．4即可實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的連接，如圖3所示。