1.1 主控制器
NSP430是TI公司近几年推出的16位系列单片机,采用了最新低功耗技术。NSP430F169工作在1.8~3.6 V电压下,有正常工作模式(AM)和4种低功耗工作模式(LPN1、LPM2、LPM3、LPM4),并可在各种工作模式之间切换。此外,MSP430F169单片机集成了多通道12 bit的A/D转换、片内精密比较器、多个具有PWM功能的定时器、斜边A/D转换、片内USART、看门狗定时器、片内数控振荡器(DCO)、大量的I/O端口以及大容量的片内存储器,可以满足绝大多数的应用需要。
1.2 存储器
存储器选用基于SPI通信模式的SST25VF020芯片,它是SST25VF系列产品中的一员,有以下特点:总容量为2 M;单电源读和写操作,工作电压为2.7~3.3 V;低功耗,工作电流为7 mA,等待电流为3μA;时钟频率高达33 MHz,快速编程、快速擦除、快速读取;小型一致闪区尺寸4 kB;数据保存100年;CMOS I/O兼容等。芯片引脚功能如表1所示。
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1.3 时钟信号模块
1.4 A/D转换模块
A/D转换模块选用ADS1100,它是采用2.7~5.5 V单电源供电的连续自校准模/数(A/D)转换器。它具有高分辨率、接口简单、比例放大、功耗低、体积小等优点。ADS1100电源电压为基准电压,可按比例进行A/D转换,同时带有差分输入且具有高达16 bit的分辨率。
ADS1100每秒可采样8、16、32或128次以进行A/D转换,并提供I2C端口与外部通信。片内可编程增益放大器(PGA)能提供高达8倍的增益,允许对小信号进行测量。ADS1100有2种工作方式:单周期转换方式和连续周期转换方式。在单周期转换方式中,ADS1100进行一次A/D转换后将自动掉电以减少电流消耗。芯片引脚功能如表3所示,电路原理如图3所示。
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2 系统软件设计
上电后,首先进行系统初始化,如果没有到达设定工作时间,直接进入睡眠状态,否则,启动一次A/D转换,对当前深海环境信息进行采集,并读取采样时刻,将采集得到的数据和采样时刻一起存储到Flash中,直到完成设定的采样次数,然后进入睡眠状态,等待下一次工作时间的到来。系统程序流程如图4所示。
系统关键源程序如下:
3 人机界面设计
人机界面如图5所示。
下水前,点击电路板复位按钮,启动下位机程序,同时,打开界面,连接串口;点击擦除Flash按钮,清空Flash中的原有数据,为下次存储做准备;点击发送按钮,对系统工作模式进行设置(如设定好,此步骤可省略);点击地址复位按钮,使地址指针指向地址开端;点击Fl-ash初始化按钮。设置Flash工作模式,并初始化为写状态;点击确定或者取消按钮,退出界面,设备下水。
出水后,首先,打开界面,连接串口;点击地址复位按钮,再点击1路按钮,读取压力数据,存储后点击擦除按钮擦除:点击地址复位按钮,再点击2路按钮,读取浊度数据,存储后点击擦除按钮擦除;点击地址复位按钮,再点击3路按钮,读取温度数据,存储后点击擦除按钮擦除;点击确定或者取消按钮,退出界面。
4 结论
本文在已有的相关系统基础上,设计并完成了一种基于MSP430F169的深海环境信息采集系统,克服采样精度低和系统功耗过高等缺点,满足深海探测的需要。但系统仍然存在一些不足,如采样通道不足,采样点分布不均等,在以后的工作中需要进一步改善。
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