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基于MSP430F148的土基智能测斜仪

2018-07-31 16:28

  测斜仪是一种测定钻孔倾角、方位角和土体侧移及沉降的仪器,在实际工程施工当中有着重要作用。施工中对位移的监测是研究环境影响的主要手段。目前大多数测斜仪采用传统单片机作为控制CPU。由于传统单片机运行速度慢,内部资源少,并且由于测斜仪数据采集系统是一种便携式设备,一般是由蓄电池供电,因此对系统功耗有较高的要求。

  针对传统单片机在测斜领域应用的缺点和不足,本文所设计的测斜仪系统采用16位超低功耗单片机MSP430Fl48作为控制CPU,具有运行速度快、功耗低、电路简单等优点,非常适合倾角测量等各种功耗要求较高的场合,其在低功耗方面的优越之处,是传统单片机不可比拟的,其内部自带的12位A/D转换器和DMA控制单元分别用于系统采样电路和数据传输部分,使得系统的硬件电路更加集成化、小型化。

  测斜仪本质上是一个数据采集、处理系统。采用主从式控制结构,上位机为PC机,下位机为MSP430控制器。系统的主要部分主要由PC机、传感器信号采样处理电路、以TI公司MSP430F148为核心的MSP430控制器、其他外围电路构成。图1为该系统总体结构框图。

  系统采用3.3 V供电,考虑到系统低功耗的特点,要求电源具有稳压功能,因此系统电源采用Maxim公司的MAX8902B。MAX8902B能提供0.6~5.3 V的输出电压,并且输出噪声低,能很好满足测斜仪系统的要求。MAX8902B的工作电路为TT提供的典型工作电路。

  系统内部有电池电量检测模块,如图2所示。通过LM339A比较蓄电池电压和基准电压,当蓄电池电压过低时报警提示以防由于电量缺失造成的系统不稳定。

  采用CP2101实现USB-UART转换。CP2101内置有与计算机通信的USB协议,工作时在计算机上产生一个虚拟COM端口,用户就可以按照通用串行口的控制方式使用该COM端口。通过CP210l可以简单实现UART到USB间的桥接,从而为系统增加USB通信接口,而原来开发的串口应用程序则无需大改动。CP2l01的外围电路非常简单,只要接2只去耦电容即可。只需将其引脚TXD和RXD分别连接至MSP430F148的P3.5和P3.4即可实现与单片机的连接,如图3所示。