板采用 +5V 电源供电 , 而且相对而言降压更容易实 现 , 所以需要设计 +5V 转换 +3.3V 的电路 。 综合考 虑常用性 、 稳定性和价格等因素 , 选择 AMS 1117-
3.3V 来实现电压转换 。 (3 输入电路模块
此 采 集 系 统 具 有 独 立 的 16路 传 感 器 信 号 输 入 , 该部分电路的最大特点是每一通道均能兼容频 率量 、 电流量 、 电压量和开关量信号制式 。 而且由于 信号隔离采用线性隔离放大器方式 , 采样速率和精 度比现有的压频转换后光电隔离方式有非 常大的 提高 。
开关量通常在单片机的输入端 , 如果直接在单 片机的输入端采集开关量信号时 , 一方面容易受到 干扰而引起误动作 , 另一方面开关量的信号电压与单 片机的管脚电压可能不相符 , 本系统在开关量电路和 单片机之间用光电耦合器 PC817-4进行了隔离 。
本采集系统选用的传感器输出 0.1~5.0V 的电 压信号 , 参考电压选择 ADC12内置的 2.5V 电压 , 所以在模拟量输入部分要加一个运放 LM324, 使单 片机引脚上的电压变化范围在 0~2.5V 。 选择单片 机的 P6口为 8路模拟量的输入端口 。
(4 控制输出电路模块
传感器采集数据并经过处理后 , 单片机发出控 制信号到执行机构进行调整 。 而执行机构的功率一 般都比较大 , 单片机为驱动这些设备 , 必须把低电 压 、 小电流信号转换成高电压 、 大电流信号 , 这同时 也带来了被控设备的干扰问题 , 为了驱动执 行设 备 , 必须提高接口的抗干扰能力 , 本系统采用光电 隔离方式驱动继电器输出 , 光耦选用 PC817-4。
(5 显示模块
显示电路部分由数码管和液晶屏组成 , 液晶显 示部分选用 1602液晶屏 , 主要用来显示数据采集 系统的工作状态 、 所采集的模拟量数据 、 系统时间 以及键盘
输入的数据等 。 该液晶屏与键盘以及工作 人员形成一个反馈系统 。 数码管则显示开关量输入 输出 、 电源通断等状态 。
(6 通信模块
该采集系统设有 2个通讯接口 , 一个为主通讯 口 , 支持 DPSK 、 RS-485协议 , 与中 心站通讯 ; 另一 个为智能口 , 支持 RS485协议 , 用于外挂智能设备 通讯 。 主要通讯口支持最大 10km 的传输距离 , 通 讯速率为 2400bps ; 智能口最大传输距离为 5km , 通讯支持最大 4800bps 。 2种通讯均为主从式半双 工轮询模式 。
RS -485通 信 中 使 用 MAX485作 为 收 发 器 , GND CM1 GND 3.3V CC 0.1UF CM20.1UF 3.3V CC XIN Y1XOUT
32768HZ 64636261605458575655535251595049O U T 3O U T 2O U T 1R S T T C K T M S T D 1T D 0P S 7P S 6P S 5
X T 2I N X T 2O U T GND CLK4 XT2OUT
56PF Y2 8MHZ XT2IN CLK34856PF
474645444342414039383736353433J430
KEY5KEY4KEY3KEY2KEY1P4.7P4.6P4.5P4.4P4.3P4.2P4.1P4.0RXD1TXD1RXD0
L C D 517181920212223242526272829303132L C D 6L C D 7K 1K 2K 3K 4D I N 1D I N 2D I N 3D I N 4L C D 8L C D 9L C D 10R N G T X D
0OUT4OUT5OUT6OUT7OUT8XIN XOUT LCD0LCD1LCD2LCD3LCD4
12345678910111213141516 MSP430 DV CC
P6.3/A3P6.4/A4P6.5/A5P6.6/A6P6.7/A7VREF+XIN XOUT VeREF+ VREF/VeREF-P1.0/TACLKP1.1/TA0P1.2/TA1P1.3/TA2P1.4/A3 MSP430F149MCLK
VCLK1SOMI1P5.1SIM01P5.0/SET1P4.7/TBCLKP4.6/TB6P4.5/TB5P4.4/TB4P4.3/TB3P4.2/TB2P4.1/TB1P4.0/TB0RXD1TXD1RXD0
A V C C D V S S A V S S
P 6. 2/A 2P 6. 1/A 10/A 0N M I T C K T M S T D 1/T C L K T D 0/T D 1X T 2I N X T 2O U T P 5. 7/T B O U T H C L K C L K
P 1. 5P 1. 6P 1. 6M A 2P 2. 0/A C L K P 2. 1/T A I N C L K T 2. 2/C A O U T /T A 0P 2. 3/C A 0/T A 1P 2. 4/C A 1/T A 2P 2. 5/R o s c P 2. 6/A D C 12C L K P 2. 7/T A 0P 3. 0/S E T 0P 3. 1/S I M O 0P 3. 2
P 3. 3P 3. 4 172
MAX485是用于 RS-485通信的低功耗收发器 , 器件 中有一个驱动器和一个接收器 , 由 +5V电源供电 。 MAX485的 DI 和 RO 分别和 MSP430F149单片机的 TXDO 和 RXDO 相连 。 由于 RS-485是半双工工作 , 故
把控制信号 RE 和 DE 连接在一起 , 由 MSP430F149单片机的 P4.4和 P4.5管脚控制 。 MAX485与单片机通 信电路如图 2所示 。
在与中心站通讯时 , 由于大多数 PC 机只具有 RS-232串行通信口 , 而不具备 RS-485通信接口 , 为了实现 RS-485串行通信 , 必须在 PC 机旁配置 RS-232/RS-485接口转换电路 。 图 2MAX485与单片机通信电路 (7 实时时钟模块
本数据采集系统的实时时钟是由 DS1302芯片 实现的 , 通过 I/O引脚模拟时序与主控单元通信 , 为 主控单元提供实时时钟信息 。
(8 键盘电路设计
多参数数据采集系统需 要通过键盘 实现人机 交互 , 这里结合实际要求 , 选择了 2×3矩阵键盘 , 矩 阵键盘电路主要利用 MSP430单片机的一般 I/O口 来进行扩展设计 。 矩阵键盘由行线和列线组成 , 它 通过扫描来实现捕获键盘的输入 。 键盘模块主要用 于命令的下达和状态的设定等 , 通过键盘输入可以 实现切换液晶屏的显示模式 , 切换所显示信号的类
型 , 校正系统时间等操作 。 3采集系统软件设计
本采集系统软件由 MSP430系列单片机 C 语言编
写 , C 语言兼顾了高级语言的特点 , 并具备汇编语言的 功能 。 由它编写而成的程序 , 结构紧凑 , 效率较高 。
系统上电后应该对 MSP430进行初始化设置 , 主 要 包 括 :程 序 起 始 地 址 、 初 始 化 堆 栈 、 看 门 狗 设 置 、 必要的时钟设置 、 各引脚初始化设置 、 中断的设 置等 。 然后系统进入低功耗状态 , 等待定时器中断 、 通讯中断和按键中断 。 定时器中断的作用是每隔一 段时间更新采集到的数据 。 MSP430通过中断的方 式响应 , 并启动 A/D转换和读取数据等一系列的操 作 。 在得到需要的数据后 , MSP430会以 RS-485的 串口通信方式把数据发送到上位机的串口 。 至此 , 一次数据采集过程结束 。 如果还需要进行连续的数 据采集 , 只需对上面的过程重复就可实现 。
4结语
本文叙述了基于 MSP430的多参数数据采集系