??? 摘?要： 以MSP430F149單片機為核心,，開發(fā)出一套高精度、多功能,、低功耗的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)" title="數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)">數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。同時，通過短消息" title="短消息">短消息無線通信實現(xiàn)了遠程的無線數(shù)據(jù)傳輸功能,，保證在無人職守環(huán)境下進行數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)測,。
??? 關鍵詞： MSP430單片機? GSM? ADS1224? AT45DB161B
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??? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在自動控制領域和儀器儀表生產(chǎn)中的應用十分廣泛。本文以MSP430F149單片機為核心,，通過幾個功能模塊的擴展,，開發(fā)出一套高精度、多功能,、低功耗的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。同時，該系統(tǒng)通過GSM網(wǎng)絡,，實現(xiàn)了短消息無線通信,，保證了在一些無人值守的工作場合下的遠程無線數(shù)據(jù)監(jiān)控，系統(tǒng)結(jié)構框圖如圖1所示,。
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1 CPU模塊
??? 本系統(tǒng)采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F149單片機,，它有以下特點：超低功耗；處理能力強大,，片內(nèi)寄存器眾多,、尋址方式豐富、指令簡潔,；片上外圍模塊豐富,，集成了數(shù)十個I/O口、12位內(nèi)部A/D" title="A/D">A/D,、硬件乘法器,、看門狗電路等功能電路；開發(fā)方式方便高效,，使用FLASH型程序存儲器和JTAG 技術,，可以實現(xiàn)在線編程；適應工業(yè)級運行環(huán)境,，工作溫度范圍-40℃～+85℃,。
2 數(shù)據(jù)采集模塊
2.1模擬量采集
??? MSP430F149片內(nèi)集成了12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC12，具有高速（最大采樣速率可達200ksps）、通用的優(yōu)點,，它可以對8個外部模擬信號之一或4個內(nèi)部電壓之一進行轉(zhuǎn)換,。在本系統(tǒng)中，使用A0～A2作為外部模擬信號的采集引腳,。
??? 同時,，為實現(xiàn)高精度的測量，系統(tǒng)外擴了一片4通道,、24位的串行AD轉(zhuǎn)換器ADS1224,。ADS1224是Burr－Brown公司生產(chǎn)的逐次逼近式串行24位微功耗CMOS型高速A/D轉(zhuǎn)換器，線性度可達0.015％,；采樣頻率為240sps,；占用微處理器的端口較少；其差動輸入信號范圍為500mV～Vcc（工作電壓）,。
2.2開關量采集
??? 本系統(tǒng)實現(xiàn)了4路開關量的采集,，外部開關量信號經(jīng)過光電隔離后，從MSP430F149的P1.0～P1.3引入系統(tǒng),。此時,，結(jié)合軟件，將P1.0～P1.3定義為外部事件的中斷輸入引腳,。數(shù)據(jù)采集模塊示意圖如圖2所示,。
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3 人機接口模塊
3.1 4×4鍵盤
??? 本系統(tǒng)使用矩陣式的4×4鍵盤，可實現(xiàn)參數(shù)設定,、工作方式選擇等功能,。其中，解決了鍵盤消抖,、復合鍵判別等基本功能,。
3.2 液晶LCD
??? 本系統(tǒng)使用CA240128E型點陣式LCD顯示器。該顯示器含內(nèi)建7602個常用簡體字庫,、國家標準GB碼字庫,、內(nèi)建多組半寬字符（ASCII碼），方便編程,；全屏幕點陣,，點陣數(shù)為240（列）×128（行），可顯示15（列）×8（行）個（16×16點陣）漢字,，也可完成圖形,、字符的顯示。
3.3 微型打印機
??? MSP430F149提供兩個串口" title="串口">串口,，本系統(tǒng)采用SP-A系列微型針式串行接口打印機,，可實現(xiàn)即時打印功能,。該打印機不僅可以打印漢字和ASCII字符，而且可以打印數(shù)學符號,、專用符號和各種圖形曲線符號,。通過編程,，還可以實現(xiàn)文字和不規(guī)則圖形的混合打印,，基本能滿足儀器儀表的需要。
4 數(shù)據(jù)存儲模塊
4.1 E2PROM存儲器
??? FM24CL64是ramtron公司生產(chǎn)的非易失性鐵電隨機存儲器,，它采用I2C總線結(jié)構與單片機進行通信,。具有8KB存儲空間，具有硬件寫保護功能,，可進行100 000次編程與擦寫,。E2PROM存儲器的使用，在節(jié)省系統(tǒng)資源的情況下增加了存儲容量,，使得數(shù)據(jù)可長期保存不丟失,，適用于配置參數(shù)、有效數(shù)據(jù)的記錄與保存,。
4.2 FLASH存儲器
??? AT45DB161是ATMEL公司生產(chǎn)的串行接口的可編程閃速存儲器,，它采用SPI 串行模式與MSP430F149單片機進行通信，幾乎無需外接元器件,。該芯片操作方便,、數(shù)據(jù)存儲量大，安全性好,，并且具有封裝尺寸小,、集成度高、功耗低等優(yōu)點,，適用于數(shù)字語音存儲,、圖像存儲和數(shù)據(jù)存儲等領域。
??? 數(shù)據(jù)存儲模塊示意圖如圖3所示,。
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5 通信模塊" title="通信模塊">通信模塊
5.1 通信模塊硬件接口
??? 本設計采用的GPRS功能模塊是SIMCOM公司的SIM100,。SIM100是SIMCOM推出的GSM/GPRS 雙頻模塊，主要為語音傳輸,、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務提供無線接口,。SIM100 集成了完整的射頻電路和GSM 的基帶處理器，適合于開發(fā)一些GSM/GPRS 的無線應用產(chǎn)品,。
5.2 SIM100 的系統(tǒng)功能特性
??? GPRS Class 10多時隙功能,，Class B操作模式；支持GSM900/DCS1800雙頻,；短消息業(yè)務,；電路交換語音（EFR/FR/HR）,；GSM07.07， GSM07.05和增強型AT命令集,；發(fā)射功率：Class 4（2W）/（EGSM）,，Class 1（1W）/（1800MHz）；電源電壓范圍：3.3V～4.6V直流,；待機電流：4mA,；外部SIM卡，外部天線,；工作溫度：-35℃～+75℃,。
SIM100的串行口，除了串口發(fā)送（TX）,、串口接收（RX）之外,， GPRS模塊還有一些硬件握手信號，如DTR,、CTS,、DCD等。
模塊支持外部SIM卡,，可以直接與3.0V SIM卡或1.8V SIM卡連接（本設計使用的是3.0V的SIM卡）,。模塊自動監(jiān)測和適應SIM卡類型。為了防止靜電損壞,，在靠近SIM卡座各引腳的位置放置瞬變電壓抑制二極管（TVS管）,。ESDA6V1W5是由4個單向的二極管組成的，它最高可實現(xiàn)25kV的靜電瞬變保護,，而且它的芯片集成度高,，體積小，適合本系統(tǒng)的需要,。
5.3 通信模塊程序設計
??? 系統(tǒng)軟件的核心部分是MSP430與GPRS無線模塊的通信,，技術難點是AT命令的設置和使用。AT 命令是調(diào)制解調(diào)器的控制指令,，無線信道的建立,、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞫际峭ㄟ^它來完成的。MSP430以一定的協(xié)議對模塊發(fā)送AT指令,接收模塊執(zhí)行指令后的返回值,，并執(zhí)行相應校驗,。
??? 系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計思想，主要分為系統(tǒng)初始化模塊,、參數(shù)配置模塊,、GPRS鏈路建立模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊,、斷開GPRS連接模塊幾部分,。
??? 軟件功能的總設計流程如圖4所示,。
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??? 本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以MSP430F149為核心，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的精確采集,、實時顯示,、實時打印、實時存儲,、人機交互等功能,，并實現(xiàn)了短消息無線通信，保證了在一些無人值守的工作場合下的遠程無線數(shù)據(jù)監(jiān)控,，具有良好的應用前景,。同時,，該系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于“激光車轍測試儀”,、“路面彎沉儀”等裝置的研制，運行狀況良好,。
參考文獻
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