An Illumination Recorder Based on MSP430 MCU基于MSP430单片机的照度记录.doc

An Illumination Recorder Based on MSP430 MCU基于MSP430单片机的照度记录 xxInternational Conferenceon Electricaland ControlEngineering AnIllumination Recorderbased on MSP430MCU LiuShuxia,Yan zhaoMechanical andEngineering CollegeAgricultural Universityof HebeiBaoding,071001,China liushxhebau. AbstractIllumination Recorderbased onMSP430MCU II.硬件设计consists ofhardware andsoftware.The embeddedprocessor MSP430F149,ferroelectric memoryFM31256,high-gain光照度记录仪的硬件部分主要由MSP430F149主控制amplifier OP777and siliconLED2DU6plete ofdata器、数据采集模块、设置参数和实时显示模块、掉电不丢collection andstorage;five buttonsand LCDgraphic displaysthe pletionof parametersetting,mode conversionand thedate失数据存储模块、USB主从传输模块组成。 系统硬件框图and timeadjustment anddisplay;using CH375B chippletes如图1所示。 of municationbetween instrumentationand USBinterface storagemedium whenthe USBport insertsU disk.At anytime,5按键you canset andextract theinformation ofillumination data,铁电存储器16位单片机gatherers,gathering place,collected informationsuch asthe time数据采集interval,etc.Extracted datagenerates EXCELspreadsheet fileMSP430F149LCD显示in aputer,and thencan bea varietyof processingand电源模块printing.In orderto facilitatethe differentneeds ofcustomers,USB存储器recording instrumenthas twokinds ofoperating modeswhich area battery-powered andAC powersupply.This electronicdocument isa“live”template.The variousponents ofyour Figure1.Hardware blockdiagram papertitle,text,heads,etc.are alreadydefined onthe stylesheet,as illustratedby theportions givenin thisdocument.A.MSP430F149单片机Keywords-illumination;MSP430;MCU;recording instrumentI.引言光照度是一个非常重要的气象参数，对作物的生长、人的生存居住、工业生产都有着密不可分的关系，光照度记录仪是农业科研、气象、环境保护、工业控制、科研部门检测环境的专用仪器。 近几年光照度记录仪品种繁多，这些产品一般具有大测量范围、实时显示、数据存储、PC设置采集参数、PC在线处理采集数据的功能，其中PC在线设置采集参数和处理数据过多的依赖电脑，给应用者带来了制约性。 基于MSP430单片机的光照度测记仪采用硒光电池、OP777和MSP430F149自带的12位AD转换器、铁电存储器FM 31256、USB芯片CH375B以及12864LCD和5个按键实现了互动式用户界面、实时存储数据、USB主传输接口等功能。 通过光电检测器件接收光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经A/D变换接口输入微型计算机运算、处理，最后显示或存储光照度值。 根据用户的需要可以实时采集计算、显示光照度值，也可以同时完成实时显示和记录存储，供用户随时提取数据，提取数据以后自动清除存储器的内存。 该仪器具有功耗低、测量精度高、数据处理能力强、信息容量大、智能化、体积小、便于携带、操作方便、LCD显示清晰等优点，具有电池供电和交流供电两种工作模式，满足不同场合的需求。 MSP430系列单片机是一种16位超低功耗微处理器,低供电电压范围为1.8-3.6V,1MHz时钟，运行时耗电电流在0.1-400A之间,并具有多种低功耗模式,关断模式下耗电仅为0.1A；从中断请求到CPU唤醒只要6s，并且具有5种节电模式(LPM0-LPM4)，有效地延长了仪器的使用周期；具有丰富的片内资源1，本仪器选用的MSP430F149单片机，具有2个16位和1个8位定时器，1个12位A/D转换器，不需要外加A/D转换芯片，片内Flash存储器60KB,缓存RAM2KB，满足仪器所需编程和运算的要求2。 B.光照度采集模块采用硒光二极管2DU6和单电压高输入阻抗的OP777运算放大器设计“电流电压转换电路”，将光电二极管短路电流Isc放大转换为0-5V电压3U0=R SS EE式中Se是光电灵敏度，由光电池本身决定；Rs为反馈电阻，即电流的放大倍数；E是入射光照度，即被检测值。 由公式可知改变Rs的大小就可以得到不同的电压输出，同时采用双向模拟开关芯片74HC4066和MSP430F149的P1. 6、P1.7连接，完成光照度测量范围的调整，如图2。 光电流经过“电流电压转换电路”放大的电压U0直接输入至MSP430F149的AD12转换通道AD05011978-0-7695-4031-3/10$26.00?xxIEEEDOI10.1109/iCECE.xx.1212（P6.0），模拟电压U0经过单片机运算得出光照度数值。 U?A9.6K R?P1.6VCCP1.7VCC12D?34131141311474VHC4066M2727TLIN/OUT OUT/INVDD GNDU?A74VHC4066MTLIN/OUT OUT/INVDDPOWER57865OP777AD0GND Figure4.display ofwork C?1061.9K R?C?106D.数据存储模块铁电存储芯片FM31256是非易失性存储器多功能集成芯片4。 FM31256的读写方式为I2C，操作简单方便，无擦写次数的限制，带有实时时钟、比较器等功能单元，并且能在系统掉电时自动保存数据，数据保存功能强大，最大可储存16384条数据。 若以三参数存储模式（日期、时间和光照度），可存储4681组数据；若两参数存储模式（时间和光照度），可存储8192组数据；若单参数存储模式（光照度），能够存储16384组数据。 E.USB接口模块本仪器选用CH375B接口芯片，该芯片支持USB-HOST主机方式，其内部集成了PLL倍频器、主从USB接口SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串行接口、命令解释器、控制传输的协议处理器、通用的固件程序等5。 由USB-Host（USB主控制器）接口、MSP430F149内部2K的RAM缓存和嵌入至MSP430F149Code区的FAT文件系统构成了本仪器的USB传输结构，实现采集参数的设置和记录数据传输，以TXT文件格式存储到USB存储设备上。 原理图如图5示。 VCCVCCL1DS3C7P5.2R13.3P5.4/MCLKP5.3/UCLK1P5.2/SOMI1P5.1/SIMO1P5.0/STE1P4.7/TBCLKP4.6/TB6P4.5/TB5P4.4/TB4P4.3/TB3P4.2/TB2P4.1/TB1P4.0/TB0P3.7/URXD1P3.6/UTXD1P3.5/URXD048474645444342414039383736353433U3Figure2.Data acquisitioncircuit C.键盘显示模块本仪器采用工作模式切换、显示/记录、+、LCD背光5个按键。 工作模式切换键用于用户设置采集周期和日期时间调整控制；+、按键完成采集周期和时间日期的设置；显示/记录键实现实时显示和记录存储的转换，在“记录”状态时其余按键被锁定；只要在USB口插上U盘，记录数据自动传输到U盘并清除内存，如果没有提取数据，断电后数据不会清除；光线比较暗时，按下LCD背光键，以满足可视效果。 LCD引脚、键盘和MSP430F149通信连接如图3所示。 U2LED+VSSVDDDATSCLA0RESTCSSOC12864VCC S5SW-SPSTS0S1S2S3S412345676543210R1VCCGNDVCCP3.4P3.3P3.2P3.1P3.0REG5*11234567891011121314151664636261605958575655545352515049MSP430F14910mHU5P5.3P5.41234567891011121314INT#RSTIWR#RD#TXDRXDNCA0V3UD+UD-GNDXIXOCH375VCCCS#RST#RSTACT#GNDD7D6D5D4D3D2D1D02827P5.62625242322DA721DA620DA519DA418DA317DA216DA115DA0C9R70.11KVCCP1.5/TA0P1.6/TA1P1.7/TA2P2.0/ACLKP2.1/TA INCLKP2.2/CAOUT/TA0P2.3/CA0/TA1P2.4/CA1/TA2P2.5/RoscP2.6/ADC12CLKP2.7/TA0P3.0/STE0P3.1/SI MO0P3.2/S OM I0P3.3/UCLK0P3.4/UTXD0DVP6.3/A3P6.4/A4P6.5/A5P6.6/A6P6.7/A7VREF+XINXOUT/TCLKVeREF+VREF-/VeREF-P1.0/TACLKP1.1/TA0P1.2/TA1P1.3/TA2P1.4/SMCLKAV DVssAV ssP6.2/A2P6.1/A1P6.0/A0RST/N MITCKT MSTD ITDO/TD IXT2I NXT2OUTP5.7/TBout HP5.6/ACLKP5.5/S MCLK0.47uFC11004321USB HOSTC80.01uF P5.5UD+UD-20p C512MHZY2C620p21P417181920212223242526272829303132Figure5.Host ofUSB hardwarecircuit Figure3.Keyboard anddisplay circuit12864LCD显示器输出分辨率是12864的图像或文字，控制器为ST7920，工作电压3.3V和微处理器MSP430F149供电电压兼容。 显示工作状态如图4第一行显示光照度值，第二行显示工作状态，第三行显示采集记录周期，第四行显示日期、时间和USB接口状态。 F.电源模块仪器采用912.6V电池和交流电供电两种工作方式，电源芯片LM1117提供MSP430F149微处理器需要的3.3V工作电源，78L05线性稳压电源芯片提供OP777和MSP430F149的AV（模拟参考电压）需要的+5V工作和5012比较电压。 电源电路如图6示。 31U278L05IN OUTGND255VC61042断；记录周期时间到，存储器自动保存数据。 执行完各功能模块，程序会再次进入低功耗模式LMP3状态。 B.数据提取数据的提取采用USB-host方式，当有USB存储设备插入记录仪USB接口时，LCD显示器上显示提示符，存储器中的光照度、采集时间、采集者、采集地点等信息自动传输到U盘并清除存储器内存，以RESAULT.TXT文件格式存储。 IV.结论基于模拟数字一体化处理器MSP430F149的光照度记录仪，具有低功耗、处理速度快，转换精度高，掉电不丢失数据，人机交互性好，传输数据便捷等特点。 实现了脱离PC机的采集参数实时设置、光照度的实时监测和永久存储以及数据的USB-HOST传输，达到了测量精度高，记录数据可靠，用户在不同环境条件下随时提取数据的要求。 R EFERENCES1Jianhua Shen,Principles andApplications of16-bit ultra-low powerMSP430microcontroller.Tsinghua University Press,xx,pp.115-285(In Chinese).2Texas Instruments.MSP430Mixed SingleMicrocontroller Datasheet.SLAS272F-July2000-Revised Junexx.3Guangyu Zen,Zhiwei Zhang,Cunlin Zhang,Photoelectric detection.Tsinghua UniversityPress,Beijing JiaotongUniversityPress,xx,pp.60-80(In Chinese).4Na Li,Baisheng Sun,Application ofFRAM inIntelligent Instrument.Instrument Technology,pp.35-37,Marchxx(In Chinese).5Qingtao Deng,Peng Yang.Design andRealization ofU diskcontroller basedon CH375and MCU.Automation andInstrument,pp.15-17,Aprilxx(In Chinese).6Chao Wang,MSP430Microcontroller BasedECG Module.Science andTechnology information,Vol26,pp.385-386,xx(In Chinese).7Dake Hu,MSP430Microcontroller CProgramming LanguageDesign andDevelopment.Beijing Universityof Aeronautics