基于MSP430F169的深海環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為解決深海環(huán)境信息采集問(wèn)題，介紹一種基于MSP430F169的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、鹽度、壓力等信息的采集和存儲(chǔ)，并可上傳至上位機(jī)，通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行動(dòng)態(tài)曲線顯示、數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)采樣精度高，功耗低，一次充電可長(zhǎng)期工作。并給出以MSP430F169為核心的硬件電路圖和關(guān)鍵源程序。經(jīng)過(guò)海洋實(shí)驗(yàn)證明，此系統(tǒng)可以完成對(duì)深海環(huán)境信息的采集。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；SST25VF020；單片機(jī)；MSP430F169

海洋占地球表面的71％，是各國(guó)分別占有和世界共有的。世界海洋中有2．5億平方千米公海和國(guó)際海底區(qū)域，其中有豐富的共有海洋資源。海洋是富饒而未充分開發(fā)的資源寶庫(kù)。隨著陸地戰(zhàn)略資源的日益短缺，沿海各國(guó)不斷加大向海洋索取資源的力度和強(qiáng)度。因此，開發(fā)一種可采集深海環(huán)境信息的設(shè)備，對(duì)深入開發(fā)海洋資源，具有極其重要的作用。已有的深海環(huán)境信息采集系統(tǒng)有采樣精度低、功耗大等缺點(diǎn)，無(wú)法長(zhǎng)期在水下工作，不適于深海勘探。本文提出的深海環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可用于4 000 m深海環(huán)境，不僅能對(duì)溫度、壓力、鹽度等信息進(jìn)行采集，還可以自動(dòng)存儲(chǔ)到Flash中，并上傳到上位機(jī)進(jìn)行顯示、分析。該系統(tǒng)具有精度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，一次充電可工作一年左右，非常適合深海探測(cè)。

1 硬件電路設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由主控制器、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘信號(hào)模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊和傳感器模塊組成。主控制器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，控制系統(tǒng)同時(shí)對(duì)3路傳感器信號(hào)進(jìn)行采樣，將采集到的大量數(shù)據(jù)(2 M)存儲(chǔ)到Flash中，掉電數(shù)據(jù)不丟失。完成一個(gè)工作周期后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。在設(shè)備出水后，工作人員可以通過(guò)人機(jī)界面對(duì)采集到的每路數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)曲線顯示，讀取后的數(shù)據(jù)自動(dòng)存入上位機(jī)。同時(shí)，還可以通過(guò)人機(jī)界面設(shè)定下次工作時(shí)的系統(tǒng)睡眠時(shí)間和采樣時(shí)間間隔。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1．1 主控制器
NSP430是TI公司近幾年推出的16位系列單片機(jī)，采用了最新低功耗技術(shù)。NSP430F169工作在1．8～3．6 V電壓下，有正常工作模式(AM)和4種低功耗工作模式(LPN1、LPM2、LPM3、LPM4)，并可在各種工作模式之間切換。此外，MSP430F169單片機(jī)集成了多通道12 bit的A／D轉(zhuǎn)換、片內(nèi)精密比較器、多個(gè)具有PWM功能的定時(shí)器、斜邊A／D轉(zhuǎn)換、片內(nèi)USART、看門狗定時(shí)器、片內(nèi)數(shù)控振蕩器(DCO)、大量的I／O端口以及大容量的片內(nèi)存儲(chǔ)器，可以滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用需要。
1．2 存儲(chǔ)器
存儲(chǔ)器選用基于SPI通信模式的SST25VF020芯片，它是SST25VF系列產(chǎn)品中的一員，有以下特點(diǎn)：總?cè)萘繛? M；單電源讀和寫操作，工作電壓為2．7～3．3 V；低功耗，工作電流為7 mA，等待電流為3μA；時(shí)鐘頻率高達(dá)33 MHz，快速編程、快速擦除、快速讀取；小型一致閃區(qū)尺寸4 kB；數(shù)據(jù)保存100年；CMOS I／O兼容等。芯片引腳功能如表1所示。