基于MSP430F的車(chē)體調平裝置的設計與實(shí)現

2 接受命令格式定義

讀角度命令格式如圖2所示。該命令僅在應答工作模式下有效。每個(gè)傳感器都有固定ID字(FFFF)和用戶(hù)ID字（用戶(hù)可設定，初始為0000），2個(gè)ID字都可讀角度。

圖2 讀角度命令格式

數據處理與無(wú)線(xiàn)數傳電路設計

無(wú)線(xiàn)數傳系統是無(wú)線(xiàn)數字傳輸系統的簡(jiǎn)稱(chēng)，該系統以無(wú)線(xiàn)數傳模塊為平臺，在不影響裝備功能情況下，實(shí)現數字終端之間數字信息的無(wú)線(xiàn)傳輸。數據處理與無(wú)線(xiàn)數傳的主要任務(wù)是接收傾角傳感器的數據輸出，計算每個(gè)千斤頂相對車(chē)體水平面所要調整的角度，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)數傳模塊傳輸給操縱指示器。

MSP430F149單片機簡(jiǎn)介

單片機具有可靠性高、功耗低、擴展靈活、體積小、價(jià)格低和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于儀器儀表、專(zhuān)用設備智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，有效地提高了控制質(zhì)量與經(jīng)濟效益。本設計選用TI公司的16位超低功耗混合型微處理器MSP430F149（見(jiàn)圖3）作為核心控制器，它的主要特點(diǎn)是：

（1）低電壓、超低功耗

該單片機的電源電壓采用1.8V~3.6V低電壓，RAM數據保持方式下耗電僅0.1μA，在2.2V、1MHz主頻的活動(dòng)模式時(shí)工作電流為280μA，I/O輸入端口的漏電流最大僅50nA。

（2）強大的處理能力

該單片機為16位的精簡(jiǎn)指令集(RISC)結構，具有豐富的尋址方式（7種源操作數尋址、4種目的操作數尋址）、簡(jiǎn)潔的27條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算，還有高效的查表處理方法及較高的處理速度，一個(gè)時(shí)鐘周期可以執行一條指令，使單片機在8MHz晶振工作時(shí)，指令速度可達8MIPS。

（3）豐富的片上外圍模塊

該單片機集成了較豐富的片內外設：模擬比較器A、定時(shí)器A、定時(shí)器B、串行通信接口USART0和USART1、硬件乘法器、12位ADC、端口1~6、看門(mén)狗等。

（4）系統工作穩定

該單片機在上電復位后，首先由DCOCLK啟動(dòng)CPU，保證程序從正確的位置開(kāi)始執行，同時(shí)也保證了晶體振蕩器有足夠的起振和穩定時(shí)間；之后通過(guò)軟件可設置適當的寄存器的控制位來(lái)確定最后的系統時(shí)鐘頻率。在CPU運行中，如果MCLK發(fā)生故障，DCO會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)，以確保系統正常工作。如果程序跑飛，可以用看門(mén)狗將其復位。

（5）方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境

MSP430F149片內有JTAG調試接口，還有可電擦寫(xiě)的FLASH存儲器，因此采用先通過(guò)JTAG接口下載程序到FLASH內，再由JTAG接口控制程序運行、讀取片內CPU狀態(tài)，以及存儲器內容等信息供設計者調試。由于單片機可支持串行在線(xiàn)編程，使開(kāi)發(fā)變得更加簡(jiǎn)便，并且開(kāi)發(fā)的仿真器價(jià)格低廉，不需要昂貴的編程器。

無(wú)線(xiàn)數傳電路的設計

數據處理與無(wú)線(xiàn)數傳電路設計主要包括主控制器電路、傾角傳感器接口電路、無(wú)線(xiàn)數傳模塊接口電路、電源電路等?；竟ぷ髟硎牵合到y通上電后，主控制器控制傾角傳感器按固定間隔檢測火箭炮車(chē)體姿態(tài)，將接收到的檢測結果運算處理，計算每個(gè)千斤頂的調整量，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)數傳模塊發(fā)送給操縱指示器。

（1）主控制器及接口電路設計

主控器采用MSP430F149單片機，串口1經(jīng)TTL-RS232電平轉換接傾角傳感器，用于接收傳感器輸出數據，串口2 TTL電平接無(wú)線(xiàn)數傳模塊，發(fā)送車(chē)體縱橫向傾斜角度和調整角度至操縱指示器。主控制器及接口電路如圖3所示。

圖3 主控器及接口電路圖

（2）電源電路設計

電源采用12V/1000mAh的鋰電池，直接為傾角傳感器供電，再經(jīng)兩路DC-DC轉換，分別轉換至9V和3.3V，9V電源為無(wú)線(xiàn)數傳模塊供電，3.3V為主控制器及接口電路供電，充電電路采用LM317芯片，恒流方式充電。電源電路見(jiàn)圖4所示。

（3）無(wú)線(xiàn)數傳模塊的選用

在一些多測試點(diǎn)的系統中，伴隨傳感器而來(lái)的是大量數據線(xiàn)纜。眾多的線(xiàn)纜不僅帶來(lái)布線(xiàn)的復雜不便，而且存在著(zhù)短路、短線(xiàn)隱患，成本高，易老化，還給系統的調試和維護增加了難度。另外，在一些特殊的應用場(chǎng)合，需要將傳感器放置在有危險的封閉環(huán)境中進(jìn)行工作，試圖通過(guò)連線(xiàn)的方法得到傳感器的信號顯然是有一定難度的。而采用無(wú)線(xiàn)方式來(lái)實(shí)現信號的傳送，可以解決這一問(wèn)題。相比有線(xiàn)傳輸，無(wú)線(xiàn)傳輸具有不占據空間、沒(méi)有布線(xiàn)要求、成本低、可靠性高、維護方便及傳輸中的干擾較少等優(yōu)點(diǎn)，這也在一定程度上提高了傳輸的可靠性。

圖4 電源電路圖

根據實(shí)際情況，本文采用ZT-TR43F無(wú)線(xiàn)數傳模塊，它是一款無(wú)線(xiàn)收發(fā)一體的低功耗通信模塊。該模塊的技術(shù)指標如下：①載波頻率為433MHz，工作頻率為428MHz~435MHz；②最大發(fā)射功率5mW，接收靈敏度﹣105dBm；③采用FSK調制，采用前向信道糾錯編碼，抗干擾能力強；④有八個(gè)工作信道可供選擇；⑤傳輸速率9.6kbps；⑥降低噪聲放大器LNA、功率放大器PA、壓空振蕩器VCO等大部分功能集成在芯片內，外圍電路簡(jiǎn)單易于開(kāi)發(fā)。采用該無(wú)線(xiàn)數傳模塊，可以使車(chē)體調平裝置滿(mǎn)足某型火箭炮調平時(shí)的無(wú)線(xiàn)數傳要求：①適當的通信距離，一般以不超過(guò)30m為宜，通信功率過(guò)大使通信距離過(guò)遠，會(huì )造成炮與炮之間相互干擾；②較強的抗干擾能力，系統在較強的外界干擾中也能正常工作；③較低的功耗，該裝置野外應用，無(wú)固定供電電源，只能靠電池維持系統運行。

無(wú)線(xiàn)模塊ZT-TR43F與單片機接口提供了RS232/TTL/RS485三種接口方式，本系統采用TTL接口方式，方便與MSP430F149單片機的接口。其中MSP430單片機的RXD、TXD口分別與無(wú)線(xiàn)模塊的TXD、RXD口相接，地線(xiàn)與地線(xiàn)相接。

考慮到多門(mén)火箭炮同時(shí)調平時(shí)，有多個(gè)調平裝置同時(shí)工作，為防止之間相互干擾，采取不同的通信信道或不同編碼方式識別，每個(gè)裝置上帶有撥碼盤(pán)，通過(guò)撥碼盤(pán)設置各自的通信信道或識別碼。