超低功耗倾角测量仪的设计制作.doc

2012年山东省大学生电子设计竞赛论文

题目：超低功耗倾角测量仪的设计制作(C题)

超低功耗倾角测量仪的设计制作
摘要：本测量仪由单片机msp430为主控制器，储有电能的电解电容供电，当充电到25V后接入测量仪系统，每按一下测试按键进行一次斜面倾角的测量并显示，其测角范围为0～90度，显示分辨率为0.1度，精度为±5度。还有三轴加速度传感器测量并显示沿X、Y、Z方向重力加速度分量的功能，且测量精度为±5%。该测量仪具有功耗低，结构简单，精度高的特点。
关键词：MSP430，电解电容，加速度传感器，低功耗
Abstract:TheMCUmsp430isthemaincontrollerofthemeasuringinstrument,andelectrolyticcapacitorthathasstoredpowersupplypower.Accessmeasuringinstrumentsystemwhenelectrolyticcapacitorchargesto25V.Theneverytimeweclickthetestbuttontheinstrumentwillgiveaslantanglemeasurementanddisplay.Themeasuringinstrumentcanmeasuretheanglerangeof0~90degrees,itsdisplayresolutionwas0.1degreesandtheprecisionis±5degrees.TherearethreeaxisaccelerationsensormeasurementanddisplayalongtheX,Y,Zdirectionaccelerationofgravitycomponentfunction,andthemeasurementaccuracyofplusorminus5%.Themeasuringinstrumenthastheadvantagesoflowpowerconsumption,simplestructureandhighaccuracy.
Keywords:MSP430,electrolyticcapacitor,accelerationsensor,lowpowerconsumption
1引言
在这机械越来越发达的时代，倾角测量仪被广泛应用于工程机械，道路桥梁检测，山体滑坡检测，汽车电子，水平测量，电力监控，建筑，钻探机械等多个行业的角度测量。应用的广泛更要求了倾角测量仪有较高的精度及更强的抗冲击力。遵循结构简单而可靠性高的原则，设计出基于MSP430单片机的超低功耗倾角测量仪。该测量仪通过MMA7361LC模块采集数据，单片机MSP430程序来计算并显示采样数据，由于传感器MMA7361不会被周围环境影响且自身的灵敏度较高，这大大提高了该测量仪的精度。此外，整个系统的供电时由2200μF的电容提供的，从而实现测量仪的超低功耗。
2方案论证与设计
2.1主控模块
方案一：采用传统MCS-51单片机作为主控芯片。51单片机具有8位代码指令、8位数据总线、16位地址总线、6个中断源、4KBRAM、寻址范围16位地址宽度、不能预取指、1种工作模式、不支持协处理器、不支持JTAG调试，是一款具有价格低廉、使用简单、应用广泛较好的芯片。但是由于本测量采集数据使用的是MMA7361，如果使用MCS-51单片机势必要加一个A/D转换电路，这无疑增加了系统的复杂程度，且内部资源比较少，功能相对不丰富，实现过程比较繁琐。
方案二：采用MSP430g2553作为主控芯片。MSP430g2553CPU具有一种16位RISC架构，所有的操作（程序流指令除外）均作为寄存器操作与用于源操作数的7种寻址模式和用于目的操作数的4种寻址模式一起执行。Comparator_A+模块的主要功能是支持高精度的斜坡模数转换、电池电压监控及外部模拟信号的监视，可以监测该测量仪倾角。同时ADC10模块支持快速10位模数转换，且无需CPU的干预即可对ADC采样进行转换和存储，这一功能为系统收集数据提供了方便。而MSP430g2553的低功耗工作模式更是符合我们超低功耗的要求。
综合上述两种方案。我们选择方案二。MSP430g2553更加符合我们的需求，同时也能高要求的完成测量仪的功能，同时大大降低了复杂度，整个系统的性价比也很高。
2.2数据采集模块
方案一：采用数字式传感器可将被测参数直接转换成数字信号输出，因此它具有以下特点：
（1）精确度和分辨率高；
（2）抗干扰能力强，便于远距离传送；
（3）信号易于处理和存储，便于与计算机接口；
（4）可以减小读数误差。
正因为如此，数字式传感器引