MSP430低功耗原理及其在海溫測量中的應用
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2 海溫測量中的應用
作為重要的海洋水文參數，溫度測量在海洋監測、開(kāi)發(fā)應用和科學(xué)研究中都具有特別的意義，為此人們設計了各種形式的海水溫度測量?jì)x器。目前，獲取海水溫度信息的手段多種多樣，如衛星、飛機、船舶、浮標、岸基監測站、海上固定平臺、志愿船等。其中拋棄式海水溫度探測系統可快速獲取海溫的實(shí)時(shí)數據，具有良好的機動(dòng)性，便于組網(wǎng)。拋棄的測溫裝置需要單獨在海洋中完成海溫數據的采集和發(fā)送，依靠自身攜帶的電池供電，這時(shí)系統的功耗便尤為重要。因此，采用超低功耗的MSP430單片機來(lái)設計拋棄式測溫裝置的溫度采集系統。
2．1 設計方案
系統采用MSP430F4794作為微處理器同時(shí)完成數據的采集和處理任務(wù)。采用NTC熱敏電阻RT作為前端溫度傳感器，其突出特點(diǎn)是靈敏度高，響應速度快。利用3個(gè)標準精密金屬膜電阻R1，R2，R3和NTC熱敏電阻RT構成測溫電橋，用于激勵出熱敏電阻的差分電壓信號。
使用MSP430F4794芯片內部自帶的SD16_A(增強型16位的∑-△A／D轉換器)模塊進(jìn)行模／數轉換。從前端溫度傳感器送來(lái)的差分信號首先經(jīng)過(guò)MSP430F4794內部自帶的輸入緩存，可以避免直接接入程控放大器造成的測量誤差；經(jīng)過(guò)輸入緩存后由程控放大器對信號進(jìn)行差分放大，然后送入SD16_A；最后將轉換好的數據存入16位A／D轉換專(zhuān)用數據存儲器，完成一次數據采集。采集好的數據送運算器進(jìn)行運算最終獲得海水溫度測量結果。
MSP430F4794芯片內部有低溫漂18 ppm，1．2 V的基準電壓，利用其給測溫電橋和SD16_A同時(shí)提供電壓基準，以形成比值測量系統，能夠有效消除測量系統中的漂移誤差。系統方案原理圖如圖3所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/194875.htm
2．2 系統的低功耗設計
2．2．1 硬件的低功耗設計
系統選用了低功耗的處理器MSP430F4794。MSP430F4794為MSP430的4系列單片機，工作電壓為1．8～3．6 V；當工作電壓為2．2 V，頻率為1 MHz時(shí)，活動(dòng)模式下電流為280μA，待機模式下電流為1．1μA；從待機到喚醒的時(shí)間不超過(guò)6μs。
采用32768 Hz和4 MHz的晶振作為時(shí)鐘輸入，當系統處于溫度采集或通信狀態(tài)時(shí)采用高頻時(shí)鐘來(lái)獲取較高的處理速度，當系統處于待機狀態(tài)時(shí)采用低頻時(shí)鐘來(lái)降低系統功耗。這樣就較好的解決了電池供電的小電流應用系統中工作頻率和功耗之間的矛盾。
選擇低的供電電壓和低功耗的外圍器件來(lái)降低功耗。系統采用CR2032電池供電；使用超低功耗的LDO芯片AS1360進(jìn)行電源管理；選用低功耗的段式液晶顯示器LCD048。
2．2．2 軟件的低功耗設計
在程序設計上充分利用MSP430提供的多種低功耗工作模式。在進(jìn)行溫度采集時(shí)，系統由活動(dòng)模式轉換為L(cháng)PM0工作模式，CPU處于休眠狀態(tài)，讓A／D轉換器獨立工作。在不進(jìn)行溫度采集時(shí)，系統處于待機模式，進(jìn)入LPM3工作模式。當需要工作時(shí)，發(fā)生中斷喚醒CPU，處理完后再進(jìn)入低功耗模式。這樣，系統通常運行在LPM3工作模式下，該模式又被稱(chēng)為休眠模式，它是在保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘活動(dòng)情況下功耗最低的一種工作模式。通過(guò)各種模式之間的靈活轉換，實(shí)現了降低系統功耗的目的。系統進(jìn)行一次溫度采集時(shí)程序的運行狀態(tài)與對應工作模式的轉換如圖4所示。
3 結語(yǔ)
隨著(zhù)便攜式、低功耗智能儀器儀表的迅速發(fā)展，需要有低功耗、高集成度、模擬特性好、處理能力強的微處理器，MSP430系列單片機滿(mǎn)足了這樣的需求。采用MSP430F4794作為微處理器設計的海水溫度采集系統能夠適應空間受限、電池供電的海溫測量工作環(huán)境。測溫系統經(jīng)過(guò)修改，可以獲取海水的鹽度、波浪等其他海洋水文參數，具有推廣應用意義。
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