基于MSP430便携式工业现场环境数据
采集系统
习 斌，李骁勇，段伯韬，陈 兴，马晓菲
（西安卫星测控中心第一活动站，陕西 渭南，714000）
摘要 为了实时监测工业现场的环境情况，本文提出基于MSP430F5438单片机的便携式低功耗高精度环境数据采集系统。实现对工业现场温度、湿度、大气压数据及环境噪声声级实时监测报警，显示在液晶屏上，同时具有CF卡存储实时功能和同上位机通信传输功能。便携式、低功耗设计又可满足室外长时间电池供电的需要。
关键词 低功耗;MSP430F5438;A计权声级;CF卡;FAT文件系统
Design of portable low power environment data collection system
Xi Bin,Li Xiao-yong,Duan Bo-tao,Chen Xing,Ma Xiao-fei
(Xi'an satellite control center;Weinan 714000;China)
Abstract_ In order to real-time detect the environment of industrial site.We propose a kind of potable high accuracy low power environment data collection system based on MSP430F5438. Realizes real-time monitoring the temperature,humidity ,atmospheric pressure,the measurement of noise sound level ,display on LCD,store data in CF card and ability to communicate with the PC.Potable and low power design can satisfy the prolonged outdoor work and battery-powered.
Key words low power;MSP430F5438; A weight sound level;CF card;FAT file system.
___ 随着工业自动化系统的蓬勃发展，传统工业生产发展成为依靠计算机控制为核心的高集成度自动化流水线生产。工业现场环境复杂，工业生产中往往需要实时监测环境的温、湿度，气压等气象参数和噪声声级等环境参数，并传送到监控计算机作为报警、操作控制的依据。本文所设计的便携式低功耗高精度环境数据采集系统既在成本上、体积上比市场上现由的便携式气象仪、和噪声仪有很大优势，在功能上更加完善，更适合于工业现场的应用。
1系统结构设计
本系统是一个基于MSP430F5438单片机的环境数据智能采集系统。完成了对环境温度、湿度、气压等数据的采集，处理、显示、传输、存储等功能。具有低功耗（电池供电，全工作模式下小于15mW，进测量采集模式下小于1mW）、小型化、成阵简便等的特点。图1为系统框图。
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图1系统框图
本设计采用德州仪器(TI)于08年6月推出的实现了革命性突破的超低功耗单片机MSP430F5438，该系列能针对峰值高达25MHz的产品实现业界最低的功耗。该控制器具有丰富的内外设资源，具有256KB 闪存、16KB RAM；普通模式下基本功耗为160μA/MIPS，5种的低功耗模式电流均小于10μA[1]。具有32位硬件乘法器可以实现高速的浮点运算。温湿度、气压采集电路，实时时钟发布模块将传感器采集来的数字量和数据采集的时间通过数字接口(I2C)传给控制器进行处理。噪声测量利用模拟放大滤波电路将声压信号转换为合适幅度的电信号，通过A/D采集，由控制器进行数字有效值检波计算得出噪声声级。MSP430F5438 将环境数据及时间信息，送至图像点阵LCD显示模块进行实时显示并通过接口存储至CF卡，同时PC机可以通过RS232或RS485对系统进行配置、读取实时信息数据和查询历史数据。
2硬件电路设计
数据采集系统硬件电路主要包括：温湿度、气压数据采集电路，噪声测量电路，实时时钟模块，LCD显示模块，CF卡存储模块，串行通信接口，电源电路。
2.1温湿度、气压数据采集电路
___ 温湿度传感SHT75器和气压传感器MS5540C均采用高精度数字传感器，通过单片机向传感器发送命令控制字，使其开始工作，并通过数字接口将采集的温湿度、气压数字量传给单片机。由单片机进行标度变换，并进行软件补偿，使其达到更高的精度，将数字量转换成物理量信息。采用数字传感器，省去了模拟传感器复杂的信号调理放大、模数转换等外围电路，有效地降低了功耗，使系统集成化程度高，体积小，抗干扰能力强。