基于MSP430單片機的汽車舒適度評價系統(tǒng)設計

引言

隨著經濟水平的發(fā)展，人們對汽車的需求量越來越大。汽車給我們的出行帶來了極大方便的同時，也對駕駛及乘坐人員的健康提出了挑戰(zhàn)。汽車車廂是一個相對狹小的空間，其內部環(huán)境對于駕駛及乘坐人員(尤其是對長時間駕車的駕駛員)的身體健康的影響不容忽略。

加強對汽車舒適度的研究能為改進汽車舒適度提供理論支持。目前，人們對汽車舒適度評價的研究還是很少，無論是理論還是技術方面都還不成熟。提出一套合理的汽車舒適度評價系統(tǒng)的設計方法，將有利于汽車舒適度的提高，也有利于汽車綜合性能的提高。在此基礎上我們設計了一個基于MSP430單片機的汽車舒適度評價系統(tǒng)，此系統(tǒng)用MSP430系列單片機為系統(tǒng)的硬件核心，通過三種傳感器(溫度傳感器，濕度傳感器，振動傳感器)探測相關參數，經過數據融合，用液晶顯示器輸出結果，顯示是否舒適。


工作原理：要對一輛汽車的內部空間進行舒適度評價，首先要確定評價的參數。我們選用人體最為敏感的溫度、濕度和振動程度作為評價參數。系統(tǒng)框圖如圖1所示，單片機通過相應的驅動電路控制繼電器的開閉，用低功耗的MSP430單片機作為硬件核心，選擇合適的濕度、溫度、振動傳感器作為參數測量的傳感器。由 MSP430的A／D端口導入，對導入的數據進行處理，采用濾波、去噪等手段，再采用相關辦法(比如查表法)計算出相應的濕度、溫度、振動程度，再對三個參數做出綜合評價，并同時送至顯示端，給出控制信號，調節(jié)相關設備，改善車廂的舒適度，直至舒適為止，并保持，用來完善整套系統(tǒng)，并與整車匹配。

1 硬件設計

1．1 電源及系統(tǒng)復位電路
整個系統(tǒng)采用3．3V供電，考慮到硬件系統(tǒng)要求電源具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點，另外也考慮到硬件的低功耗等特點，因此系統(tǒng)硬件的電源部分采用TI公司的TPS76033芯片實現，該芯片能很好地滿足本硬件系統(tǒng)的要求。

復位電路的設計一定要使系統(tǒng)能夠在各種復雜情況下穩(wěn)定可靠地工作。復位性能不好會影響系統(tǒng)的正常運行。在MSP430單片機中有一RST復位管腳，它與不可屏蔽中斷功能管腳復用，可由軟件選擇其功能，正常情況下為復位功能，只要有低電平輸入，系統(tǒng)就將復位。復位電路可以采用R-C復位電路，也可以采用以復位芯片實現的復位電路，R-C復位電路具有經濟性，但可靠性不高，用復位芯片實現的復位電路具有很高的可靠性，因此為了保證復位電路的可靠性，本系統(tǒng)采用復位芯片實現的復位電路，本系統(tǒng)采甩MAX809芯片。復位電路如圖2所示。為了減小電源的干擾，還要在復位芯片的電源輸入端加一個0．1 μF的電容來實現濾波，以減小輸入端受到的干擾。


1．2 溫度傳感器的選擇及電路設計
AD7416是美國模擬器件公司(ADI)推出的單片低功耗數字溫度傳感器，其內部包含帶隙溫度傳感器和10位A／D變換器，可將感應溫度以0．25℃的分辨率轉換為數字信號。單片機通過ⅡC接口可對內部寄存器進行讀寫操作，并允許8片AD7416掛在同一串行總線上。該溫度傳感器可廣泛應用于環(huán)境溫度檢測、工業(yè)過程控制、家用電器、電池充電、計算機系統(tǒng)等。其功耗極低，在應用于暖氣管道溫度測量時，采用特定的電源管理模式，以20s采樣周期工作，平均功耗僅66(nW)，很適合與TI公司MSP430超低功耗單片機構成電池供電的熱能計算表，使隨機電池工作時間長達5年以上。利用P1．6接10kΩ上拉電阻分別模擬I2C的SCL、SDA，硬件連接圖如圖3所示。




1．3 濕度傳感器的選擇及電路設計
濕度傳感器選用Honeywell公司的集成濕度傳感器HTH3610，該傳感器采用熱固性聚脂電容式傳感頭，同時在內部集成了信號處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉換成線性電壓輸出的任務，同時該傳感器還具有高精度、快速成響應、穩(wěn)定性好、低溫飄、抗化學腐蝕性能強及互換性好等優(yōu)點，由于是線性電壓輸出故可簡化外圍電路設計。但是該傳感器在使用時仍需注意以下兩點：a．該傳感器在相對濕度由0％～100％變化時其電壓輸出為0．8V～3．9V，此輸出電壓值無法滿足A／D采集板標準輸入電壓 (0～5V，±5V，O～10V)的需求，故仍需進行電壓變換。b．IH3610內部的信號調理電路被修正為Vsupply=5V，25℃時在 0％～100％相對濕度范圍內輸出電壓變化范圍為0．8～3．9V，但當該濕度傳感器工作的溫度發(fā)生變化時，相同的濕度值，其輸出電壓值也將不同，因此該傳感器在使用時還須進行溫度補償。補償公式(1)為：

RH=(sensor％RH)／(1．0546-0．02l6T) (1)

由于HIH-3610濕度傳感器為線性輸出，因此它與MSP430F149的接口電路非常簡單。如圖4所示。


1．4 振動傳感器的選擇及電路設計
汽車行駛過程中，涉及到的振動一般是三維的，所以采集振動參數需要采集x、y、z三個方向的振動程度。測量振動程度需要用加速度傳感器，本系統(tǒng)采用精量儀器公司的EGAXT3系列加速度傳感器。