基于MSP430F169的深海環(huán)境數據采集系統設計

摘要：為解決深海環(huán)境信息采集問(wèn)題，介紹一種基于MSP430F169的數據采集系統。本系統可實(shí)現對溫度、鹽度、壓力等信息的采集和存儲，并可上傳至上位機，通過(guò)人機界面進(jìn)行動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)顯示、數據分析。系統采樣精度高，功耗低，一次充電可長(cháng)期工作。并給出以MSP430F169為核心的硬件電路圖和關(guān)鍵源程序。經(jīng)過(guò)海洋實(shí)驗證明，此系統可以完成對深海環(huán)境信息的采集。
關(guān)鍵詞：數據采集；SST25VF020；單片機；MSP430F169

海洋占地球表面的71％，是各國分別占有和世界共有的。世界海洋中有2．5億平方千米公海和國際海底區域，其中有豐富的共有海洋資源。海洋是富饒而未充分開(kāi)發(fā)的資源寶庫。隨著(zhù)陸地戰略資源的日益短缺，沿海各國不斷加大向海洋索取資源的力度和強度。因此，開(kāi)發(fā)一種可采集深海環(huán)境信息的設備，對深入開(kāi)發(fā)海洋資源，具有極其重要的作用。已有的深海環(huán)境信息采集系統有采樣精度低、功耗大等缺點(diǎn)，無(wú)法長(cháng)期在水下工作，不適于深?？碧?。本文提出的深海環(huán)境數據采集系統可用于4 000 m深海環(huán)境，不僅能對溫度、壓力、鹽度等信息進(jìn)行采集，還可以自動(dòng)存儲到Flash中，并上傳到上位機進(jìn)行顯示、分析。該系統具有精度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，一次充電可工作一年左右，非常適合深海探測。

1 硬件電路設計
數據采集系統主要由主控制器、存儲器、時(shí)鐘信號模塊、A／D轉換模塊和傳感器模塊組成。主控制器是數據采集系統的核心，控制系統同時(shí)對3路傳感器信號進(jìn)行采樣，將采集到的大量數據(2 M)存儲到Flash中，掉電數據不丟失。完成一個(gè)工作周期后，系統自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。在設備出水后，工作人員可以通過(guò)人機界面對采集到的每路數據進(jìn)行讀取，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)顯示，讀取后的數據自動(dòng)存入上位機。同時(shí)，還可以通過(guò)人機界面設定下次工作時(shí)的系統睡眠時(shí)間和采樣時(shí)間間隔。系統整體結構框圖如圖1所示。

1．1 主控制器
NSP430是TI公司近幾年推出的16位系列單片機，采用了最新低功耗技術(shù)。NSP430F169工作在1．8～3．6 V電壓下，有正常工作模式(AM)和4種低功耗工作模式(LPN1、LPM2、LPM3、LPM4)，并可在各種工作模式之間切換。此外，MSP430F169單片機集成了多通道12 bit的A／D轉換、片內精密比較器、多個(gè)具有PWM功能的定時(shí)器、斜邊A／D轉換、片內USART、看門(mén)狗定時(shí)器、片內數控振蕩器(DCO)、大量的I／O端口以及大容量的片內存儲器，可以滿(mǎn)足絕大多數的應用需要。
1．2 存儲器
存儲器選用基于SPI通信模式的SST25VF020芯片，它是SST25VF系列產(chǎn)品中的一員，有以下特點(diǎn)：總容量為2 M；單電源讀和寫(xiě)操作，工作電壓為2．7～3．3 V；低功耗，工作電流為7 mA，等待電流為3μA；時(shí)鐘頻率高達33 MHz，快速編程、快速擦除、快速讀??；小型一致閃區尺寸4 kB；數據保存100年；CMOS I／O兼容等。芯片引腳功能如表1所示。