MSP430新型自報式水文遙測終端機設計方案解析

　水文遙測系統(tǒng)通常由終端機、中繼站和中心站三部分組成。由于終端機是用來直接測量雨量、水位等水文數(shù)據(jù)，是整個遙測系統(tǒng)信息的來源，故其設計成為整個遙測系統(tǒng)的關(guān)鍵。遙測終端機一般處于河流上游或者湖泊邊緣，分布分散，維護起來很不方便，需要長期工作在無人值守的環(huán)境中，并且往往無交流電源提供，需要靠太陽能浮充和免維護蓄電池供電，因此在終端機的設計過程中低功耗和高可靠性尤為重要。
　　現(xiàn)有的遙測終端機通常采用MCS51微控制器作為控制芯片并配以較多的模擬電路和邏輯門電路，其設計復雜，功耗和可靠性難以得到保證，所以很有必要利用新型的性能更高的器件來對終端機重新設計。TI公司的MSP430系列集成了大量的外圍部件，是低工作電壓、超低功耗、高性能的微控制器，在電池供電的便攜式設備和儀器中有著廣泛的應用。和MCS51等其他微控制器相比，MPS430具有很多優(yōu)勢：它能夠工作在1.8～3.6V的寬電壓范圍內(nèi)；在1MHz時鐘、2.2V電壓的典型工作條件下，靜態(tài)電流僅為
　　225μA；具有5種低功耗工作模式，在不同的模式下消耗電流為 0.1～340μA，用中斷方式將微控制器從低功耗模式喚醒至激活模式下，僅需要6μs。本文以MSP430F147作為控制芯片，同時結(jié)合其他外圍低功耗器件分別從硬件和軟件兩個方面介紹一種新型低功耗終端機的設計。
　　終端機工作原理
　　終端機采用自報工作方式，在雨量或水位數(shù)據(jù)沒有變化時處于低功耗的值守模式，此時CPU、主時鐘（MCLK）以及內(nèi)部數(shù)字振蕩器（DCO）均不工作，微控制器僅由低速輔助時鐘（ACLK）來驅(qū)動，系統(tǒng)功耗很低。當水位或雨量變化一個單位或定時發(fā)送時，便會使微控制器立即進入激活模式，并且啟動FM發(fā)射機發(fā)送一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完后再轉(zhuǎn)入低功耗模式，直到下一次發(fā)送數(shù)據(jù)。終端機除具有雨量、水位、定時發(fā)送等基本功能外，為了便于維護，還具有強發(fā)和編程功能，各個功能的描述如下。
　　雨量發(fā)送
　　當雨量計產(chǎn)生一個通斷信號時，由雨量傳感器輸出一個具有一定寬度的雨量脈沖信號，此信號作為外部中斷，喚醒處于低功耗模式的微控制器，在6μs內(nèi)微控制器轉(zhuǎn)入激活工作狀態(tài)，并控制供電電路給處于掉電狀態(tài)的電路和FM發(fā)射機供電，使之上電工作。此時微控制器將檢測到的雨量信號進行累加和保存，并讀入測量站站址和電池狀態(tài)，將以上數(shù)據(jù)裝幀后傳送給FM發(fā)射機，由FM發(fā)射機將數(shù)據(jù)發(fā)送給中繼站，發(fā)送完畢后控制相關(guān)電路掉電后轉(zhuǎn)入低功耗模式工作。
　　水位發(fā)送
　　與雨量發(fā)送的過程相似，水位發(fā)送只是當微控制器檢測到水位脈沖信號后，從水位計上讀入此時的水位值，并與上次所讀入值相比較。若有變化則讀入測量站站址、電池狀態(tài)后發(fā)送數(shù)據(jù)；若無變化則直接返回低功耗模式工作。
　　定時發(fā)送
　　微控制器由內(nèi)部定時中斷喚醒后，首先讀入編程開關(guān)狀態(tài)，依據(jù)編程開關(guān)設置確定由EEPROM中讀入水位數(shù)據(jù)還是雨量數(shù)據(jù)，然后再發(fā)送。
　　強發(fā)功能
　　按下強發(fā)鍵并持續(xù)0.5s將迫使終端機發(fā)送數(shù)據(jù)，以此達到維護和檢查終端機的目的。
　　編程功能
　　通過外部DIP編程開關(guān)，可以對終端機的站址、是否清除已有數(shù)據(jù)以及定時發(fā)送何種數(shù)據(jù)進行編程設置。由于外部EEPROM存儲器的擦寫次數(shù)有限，“清除”可使外部EEPROM內(nèi)的數(shù)據(jù)更換新地址，從而延長其使用壽命。同時還可以通過此開關(guān)設置定時發(fā)送水位數(shù)據(jù)還是雨量數(shù)據(jù)，或者兩者一起發(fā)送，從而使終端機配置水位終端機、雨量終端機或者水文終端機。
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