基于MSP430單片機(jī)的便攜式氣象儀設(shè)計(jì)

2．5 風(fēng)速測(cè)量模塊
風(fēng)速測(cè)量傳感器選用CS3144霍爾開關(guān)集成電路，它是運(yùn)用半導(dǎo)體集成電路技術(shù)制造出的磁場(chǎng)敏感電路，它的組成有電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大電路、思密特觸發(fā)器、溫度補(bǔ)償電路以及集電極的開路輸出，其的輸入是磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度，輸出的是數(shù)字電壓信號(hào)。

為測(cè)量風(fēng)速，選用三風(fēng)杯式風(fēng)速組件，在風(fēng)杯的旋轉(zhuǎn)體上加上小磁鋼，小磁鋼體積小，質(zhì)量小，磁鋼強(qiáng)，其磁場(chǎng)適合于被霍爾傳感器接收，且方便屏蔽環(huán)境里的其他磁場(chǎng)，也可以減小機(jī)械系統(tǒng)對(duì)最后的感應(yīng)量的影響，從而使測(cè)量更加精確。風(fēng)速測(cè)量電路如圖5所示，由CS3144接收磁場(chǎng)強(qiáng)度輸出數(shù)字信號(hào)再由LM393轉(zhuǎn)化成為脈沖，最后傳送到單片機(jī)的I／O口，小磁鋼每次轉(zhuǎn)過一圈，就會(huì)輸出一個(gè)脈沖給單片機(jī)接收，利用單片機(jī)計(jì)數(shù)，得每秒鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù)，再轉(zhuǎn)換成當(dāng)前的風(fēng)速。利用電壓比較器LM393還可以起到調(diào)節(jié)霍爾元件靈敏度的作用，調(diào)節(jié)電位器，反向輸入端的比較電壓相應(yīng)變化，比較的電壓變低時(shí)，輸入的數(shù)字信號(hào)很小也會(huì)輸出脈沖，相應(yīng)的靈敏度變高，反之則靈敏度變低。
2．6 風(fēng)向測(cè)量模塊
為了達(dá)到較好的測(cè)量效果，選擇增壓式光電編碼器CHA3806進(jìn)行風(fēng)向的測(cè)量，增壓式光電編碼器一般輸出A，B，Z三路脈沖信號(hào)，Z信號(hào)主要用于同步或調(diào)零，A、B信號(hào)包含了被測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速率等信息，它的機(jī)械構(gòu)造相比而言是簡單的，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，有600分辨率的編碼盤，測(cè)量范圍在0°～360°，滿足測(cè)量要求。
在光電編碼器的旋轉(zhuǎn)軸上加上很大的風(fēng)向標(biāo)，當(dāng)風(fēng)向標(biāo)角度變化時(shí)，光電編碼器就會(huì)發(fā)出A，B兩路相位差90°的數(shù)字脈沖信號(hào)。當(dāng)角度為正轉(zhuǎn)時(shí)A超前B為90°，反轉(zhuǎn)時(shí)則B超前A為90°。輸出的數(shù)字脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)和角度位移量的關(guān)系為正比。因此，通過對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)就能計(jì)算出相應(yīng)的角位移量。風(fēng)向測(cè)量電路如圖6所示。

光電編碼器的輸出A，B向脈沖接到單片機(jī)的I／O端口，固定選擇某一個(gè)光電編碼器位置朝向北，每轉(zhuǎn)過一個(gè)位置，A發(fā)出一個(gè)脈沖被單片機(jī)接收，此時(shí)單片機(jī)會(huì)判別B脈沖此時(shí)為高電平還是低電平。如果B是高電平，則此時(shí)光電編碼器為正轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)加1；否則光電編碼器編碼器反轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)減1，計(jì)數(shù)等于600時(shí)歸零，同樣的小于0的角度則從599開始減去，最終的計(jì)數(shù)值乘以0．6，這樣就測(cè)算出了風(fēng)向。為了直觀的看出風(fēng)向，按照風(fēng)向表示法，以0°為正北，每隔22．5°為一類，分別表示，北風(fēng)、北東北風(fēng)、東北風(fēng)、東東北風(fēng)、東風(fēng)、東東南風(fēng)、東南風(fēng)、南東風(fēng)、南風(fēng)、南西南風(fēng)、西南風(fēng)、西西南風(fēng)、西風(fēng)、西西北風(fēng)、西北風(fēng)、北西北風(fēng)，液晶顯示時(shí)風(fēng)的類型和偏轉(zhuǎn)角一同顯示。
2．7 人機(jī)接口模塊
鍵盤模塊：采用6個(gè)獨(dú)立按鍵，分別對(duì)應(yīng)觀測(cè)、查詢、儲(chǔ)存、自動(dòng)測(cè)量、上、下6個(gè)功能。上、下鍵用于在查詢功能中看不同時(shí)期的測(cè)量值。液晶顯示模塊：采用低功耗12864液晶，3．3 V供電，打開背光時(shí)工作電流約10 mA，關(guān)閉背光工作電流小于1 mA。觀測(cè)時(shí)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間、溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向；查詢時(shí)，現(xiàn)實(shí)記錄的測(cè)量值和測(cè)量時(shí)間；自動(dòng)測(cè)量時(shí)，可由單片機(jī)控制，關(guān)閉背光，減少電能消耗，達(dá)到低功耗效果。
2．8 其他硬件模塊
系統(tǒng)電源模塊：電路中共用到3．3 V、5 V電壓值，由于是便攜式產(chǎn)品，可用5 V鋰電池供電。進(jìn)入系統(tǒng)后，5 V電壓通過LM1117 3．3 V得到3．3 V電壓給MSP430單片機(jī)供電。
時(shí)鐘模塊：實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用低功耗芯片DS1302，可自動(dòng)對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月、念年及閏年補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)數(shù)，擴(kuò)展萬年歷功能顯示，功耗低，2．5 V供電時(shí)，功耗小于300 nA，且精度較高，滿足系統(tǒng)需求。
E2PROM模塊：由于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)較多，選用儲(chǔ)存空間較大，成本較低的AT24C256儲(chǔ)存器。這種E2PROM具有32 KB容量，通過I2C總線與單片機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存與讀取。