引言
隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展,，人們對汽車的需求量越來越大,。汽車給我們的出行帶來了極大方便的同時，也對駕駛及乘坐人員的健康提出了挑戰(zhàn),。汽車車廂是一個相對狹小的空間,，其內(nèi)部環(huán)境對于駕駛及乘坐人員(尤其是對長時間駕車的駕駛員)的身體健康的影響不容忽略。
加強(qiáng)對汽車舒適度的研究能為改進(jìn)汽車舒適度提供理論支持,。目前,，人們對汽車舒適度評價的研究還是很少，無論是理論還是技術(shù)方面都還不成熟,。提出一套合理的汽車舒適度評價系統(tǒng)的設(shè)計方法,，將有利于汽車舒適度的提高，也有利于汽車綜合性能的提高,。在此基礎(chǔ)上我們設(shè)計了一個基于MSP430單片機(jī)的汽車舒適度評價系統(tǒng),，此系統(tǒng)用MSP430系列單片機(jī)為系統(tǒng)的硬件核心，通過三種傳感器(溫度傳感器,，濕度傳感器,，振動傳感器)探測相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合,，用液晶顯示器輸出結(jié)果,，顯示是否舒適。
工作原理：要對一輛汽車的內(nèi)部空間進(jìn)行舒適度評價,，首先要確定評價的參數(shù),。我們選用人體最為敏感的溫度、濕度和振動程度作為評價參數(shù),。系統(tǒng)框圖如圖1所示,，單片機(jī)通過相應(yīng)的驅(qū)動電路控制繼電器的開閉，用低功耗的MSP430單片機(jī)作為硬件核心,，選擇合適的濕度,、溫度,、振動傳感器作為參數(shù)測量的傳感器。由MSP430的A／D端口導(dǎo)入,，對導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,，采用濾波、去噪等手段,，再采用相關(guān)辦法(比如查表法)計算出相應(yīng)的濕度,、溫度、振動程度,，再對三個參數(shù)做出綜合評價,，并同時送至顯示端，給出控制信號,，調(diào)節(jié)相關(guān)設(shè)備,，改善車廂的舒適度，直至舒適為止,，并保持,，用來完善整套系統(tǒng)，并與整車匹配,。
1 硬件設(shè)計
1．1 電源及系統(tǒng)復(fù)位電路
整個系統(tǒng)采用3．3V供電,，考慮到硬件系統(tǒng)要求電源具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點，另外也考慮到硬件的低功耗等特點,，因此系統(tǒng)硬件的電源部分采用TI公司的TPS76033芯片實現(xiàn),，該芯片能很好地滿足本硬件系統(tǒng)的要求。
復(fù)位電路的設(shè)計一定要使系統(tǒng)能夠在各種復(fù)雜情況下穩(wěn)定可靠地工作,。復(fù)位性能不好會影響系統(tǒng)的正常運行,。在MSP430單片機(jī)中有一RST復(fù)位管腳，它與不可屏蔽中斷功能管腳復(fù)用,，可由軟件選擇其功能,，正常情況下為復(fù)位功能，只要有低電平輸入,，系統(tǒng)就將復(fù)位,。復(fù)位電路可以采用R-C復(fù)位電路，也可以采用以復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路,，R-C復(fù)位電路具有經(jīng)濟(jì)性,，但可靠性不高，用復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路具有很高的可靠性,，因此為了保證復(fù)位電路的可靠性,，本系統(tǒng)采用復(fù)位芯片實現(xiàn)的復(fù)位電路，本系統(tǒng)采甩MAX809芯片,。復(fù)位電路如圖2所示,。為了減小電源的干擾，還要在復(fù)位芯片的電源輸入端加一個0．1 μF的電容來實現(xiàn)濾波,，以減小輸入端受到的干擾,。
1．2 溫度傳感器的選擇及電路設(shè)計
AD7416是美國模擬器件公司(ADI)推出的單片低功耗數(shù)字溫度傳感器，其內(nèi)部包含帶隙溫度傳感器和10位A／D變換器,，可將感應(yīng)溫度以0．25℃的分辨率轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,。單片機(jī)通過ⅡC接口可對內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫操作，并允許8片AD7416掛在同一串行總線上,。該溫度傳感器可廣泛應(yīng)用于環(huán)境溫度檢測,、工業(yè)過程控制、家用電器,、電池充電,、計算機(jī)系統(tǒng)等。其功耗極低,，在應(yīng)用于暖氣管道溫度測量時,，采用特定的電源管理模式，以20s采樣周期工作,，平均功耗僅66(nW),，很適合與TI公司MSP430超低功耗單片機(jī)構(gòu)成電池供電的熱能計算表，使隨機(jī)電池工作時間長達(dá)5年以上,。利用P1．6接10kΩ上拉電阻分別模擬I2C的SCL,、SDA，硬件連接圖如圖3所示,。
1．3 濕度傳感器的選擇及電路設(shè)計
濕度傳感器選用Honeywell公司的集成濕度傳感器HTH3610,，該傳感器采用熱固性聚脂電容式傳感頭，同時在內(nèi)部集成了信號處理功能電路,，因此該傳感器可完成將相對濕度值變換成電容值,，再將電容值轉(zhuǎn)換成線性電壓輸出的任務(wù)，同時該傳感器還具有高精度,、快速成響應(yīng),、穩(wěn)定性好、低溫飄,、抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)及互換性好等優(yōu)點,，由于是線性電壓輸出故可簡化外圍電路設(shè)計。但是該傳感器在使用時仍需注意以下兩點：a．該傳感器在相對濕度由0％～100％變化時其電壓輸出為0．8V～3．9V,，此輸出電壓值無法滿足A／D采集板標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓(0～5V,，±5V，O～10V)的需求,，故仍需進(jìn)行電壓變換,。b．IH3610內(nèi)部的信號調(diào)理電路被修正為Vsupply=5V,，25℃時在0％～100％相對濕度范圍內(nèi)輸出電壓變化范圍為0．8～3．9V，但當(dāng)該濕度傳感器工作的溫度發(fā)生變化時,，相同的濕度值,，其輸出電壓值也將不同，因此該傳感器在使用時還須進(jìn)行溫度補(bǔ)償,。補(bǔ)償公式(1)為：
RH=(sensor％RH)／(1．0546-0．02l6T) (1)
由于HIH-3610濕度傳感器為線性輸出,，因此它與MSP430F149的接口電路非常簡單。如圖4所示,。
1．4 振動傳感器的選擇及電路設(shè)計
汽車行駛過程中,，涉及到的振動一般是三維的，所以采集振動參數(shù)需要采集x,、y,、z三個方向的振動程度。測量振動程度需要用加速度傳感器,，本系統(tǒng)采用精量儀器公司的EGAXT3系列加速度傳感器,。
該加速度傳感器采用電橋式測量，傳感器共有12根接線,，每軸有電源線和地線,，及輸出線兩根，三軸可以獨立供電,。如圖5所示,。
1．5 顯示器件的選擇及輔助電路設(shè)計
系統(tǒng)選擇帶有中文字庫的液景顯示模塊LCMl2864ZK。其ROM內(nèi)含8192個16×16點中文字型和128個16×8半寬的字母符號字型,；另外繪圖顯示畫面提供一個64×256點的繪圖區(qū)域GDRAM,；而且內(nèi)含CGRAM提供4組軟件可編程的16×16點陣造字功能。電源操作范圍寬(2．7V到5．5V),；低功耗設(shè)計可滿足產(chǎn)品的省電要求,。
同時，與單片機(jī)等微控制器的接口界面靈活(三種模式：并行8位／4位,，串行3線／2線),。本系統(tǒng)由于MSP430F149的端口豐富，所以采用并行8位模式,。
LCMl2864ZK可實現(xiàn)漢字,、ASCII碼、點陣圖形的同屏顯示,，廣泛用于各種儀器儀表,、家用電器和信息產(chǎn)品上作為顯示器件。
LCMl2864ZK具有上／下／左／右移動當(dāng)前顯示屏幕及清除屏幕的命令,，具有光標(biāo)顯示／閃爍控制命令及液晶睡眠／喚醒／關(guān)閉顯示命令,。預(yù)留多種控制線(復(fù)位／串并選擇／亮度調(diào)整)供用戶靈活使用,。LCMl2864ZK與MSP430F149的接口電路如圖6所示。
2 軟件程序設(shè)計
2．1 溫度參數(shù)的采集
結(jié)合溫度傳感器和MSP430F149的結(jié)構(gòu)特點,，溫度的采集需要先將與溫度傳感器連接的P1．6和P1．7設(shè)置成輸出,，對溫度傳感器進(jìn)行參數(shù)配置，配置完畢后再改P1．6和P1．7設(shè)置成輸入,，讀取溫度傳感器數(shù)據(jù)寄存器中的溫度值，送入單片機(jī)的內(nèi)存中用來進(jìn)行舒適度評價,，然后返回進(jìn)行下一個模塊程序的執(zhí)行,。
2．2 濕度參數(shù)的采集
濕度參數(shù)采集，應(yīng)該在溫度采集完成后才能進(jìn)行,。因為濕度傳感器需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償,。濕度傳感器HIH3610是模擬電壓輸出，電壓范圍在0．8V～3．9V,，通過電壓調(diào)整,，通過MSP430Fll49的ADC口(即P6口)的一個通道P6．0對模擬電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。再經(jīng)過式(1)計算,，就可以得出濕度值,。
2．3 振動參數(shù)的采集
振動加速度參數(shù)的采集是利用MSP430F149的ADC端口(P6口)中的3個通道P6．3、P6．4,、P6．5采集的,，所以實現(xiàn)采集功能，應(yīng)該先設(shè)置這三個通道為ADC模式,，然后依次從三個通道中讀取相應(yīng)的電壓量,，再存入相應(yīng)的地址，然后轉(zhuǎn)入到主程序,。
采用ADC通道進(jìn)行參數(shù)采集,，需要時間上的配合，因為ADC需要轉(zhuǎn)換時間,。時間配合可以采用軟件延時方法,，或者是采用定時器中斷的方法，還有軟件查詢方法,。
2．4 液晶顯示的輸出
液晶顯示器在上電后應(yīng)先初始化,，首先延時40ms以上，進(jìn)行功能設(shè)定(8位／4位,、基本指令／擴(kuò)充指令),；再延時100 μs，同樣是功能設(shè)定,；然后延時37 μs,，開關(guān)顯示設(shè)定,；延時10 μs，清屏(清除顯示RAM),；最后延時10ms,，設(shè)置讀取與寫入時光標(biāo)的移動方向等。
2．5 綜合處理程序
綜合處理程序也就是主程序,，主程序負(fù)責(zé)單片機(jī)的啟動,，先后調(diào)用各個模塊子程序，實現(xiàn)系統(tǒng)功能,。綜合處理程序流程圖如圖7所示,。
3 結(jié)束語
本文設(shè)計了一個基于超低功耗單片機(jī)MSP430F149的汽車舒適度評價系統(tǒng)，此系統(tǒng)能實時采集汽車車廂的溫度,、濕度和振動加速度,，將汽車舒適度分為5個等級，給出汽車車廂的舒適程度,。