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智能微水仪监测仪的设计

智能微水仪监测仪的设计-凯发k8娱乐app下载


1 智能微水仪监测仪的设计
传感器是决定监测仪精度的关键元件。传感器的选择主要依据工作环境、测量精度、线性度、互换性、灵敏度、响应速度、稳定性、功耗、体积大小以及易于与mcu接口等。本监测仪选用的各类传感器分别为:集成温度传感器tmp35、集成湿度传感器hm1500、专线型半导体气敏传感器mr511以及集成光照度传感器tsl253。与同类产品相比,它们在上述方面有一定的优点,很适合便携式仪表使用。
tmp35电压输出量与被测温度t成线性关系,其式如(1);hm1500输出量为电压,与被测湿度%rh成正比,且与温度t有关系,其式如(2);mr511内有温度补偿,其输出电压与被测气体浓度c成近似线性关系(线性度≤±5%),其式如(3),式中nc为器件灵敏度,环境湿度为vc的值有影响;tsl253电压输出量与被测光照度ee成正比,且与温度t有关,其式如(4),式中ne为传感器的灵敏等。
 
上述各式说明,高精度的监测必须考虑传感器的非线性、温湿度影响、测量误差及环境误差等问题,尤其要着重解决测量中的非线性及温湿度补偿。在布置印刷电路板时尽量减少引线电阻和分布电容以降低测量误差。在电路设计上要加线性化处理电路及温湿度补偿电路,或借助于单片机系统,由软件查表等方法进行处理、修正(用软件实现传感器的校正补偿功能可降低仪器功耗)。如有可能可用标准测量仪进行校准,以提高测量精度。

 
2 智能微水仪监测仪的设计
监测仪主要由msp430单片机、测量转换、键盘显示、串口通信、电池电源等部分组成。电路中器件很少,功耗较低且功能强大。具体硬件电路原理图如图1所示。
2.1 msp430单片机
单片机系统是监测仪的核心,它完成仪器的功能设定、测量对象选择、信号处理存储、状态信息显示、数据通讯等功能。相对于mcs51、mcs96及pic[1]等系列,ti公司带闪速存储器的msp430f系列超低功耗单片机有着很大的优势。msp430f单片机有多种型号,其功能组合各异,能满足不同应用场合的要求。本设计采用msp430f437,它的要特点[2]如下:
·工作电压低(1.8~3.6v),电流小(280μa/1mhz/活动模式),5种低功耗模式;
·16位risc架构,27条精简指令,125ns指令周期;
·丰富的中断源并可任意嵌套,用中断请求将系统从备用状态唤醒仅需6μs;
·片内看门狗及上电复位电路,可选时钟源(xtal1、xtal2或内部dco);
·具有中断功能的内部比较器a;
·双向并行i/o口p1和p2(有中断功能)及p3~p6口,多数口有复用功能;
·两个16位定时器a、b,均各带3个比较/捕获模块,每个模块可独立编程,用于产生定时脉冲,捕获外部事件;
·片内集成4×32段lcd液晶驱动器,其外部引线复用p3~p5口;
·通用通信模块uarst0,软件可选同步/异步方式;
·具有自动循环采集功能的8通道12位adc12,自带采样保持器和可选电压基准;
·jtag接口或片内boot rom使程序下载调试极其简便,程序代码由安全熔丝保护。
msp430f437不需加装存储器,片内自带1k字节ram及在线可擦除编程32k字节主flash 256字节信息flash。片内flash模块包含3个控制寄存器、时序发生器、擦除/编程电压发生器及flash存储器本身。其中主flash分为每段512字节的段0~63,信息flash分为每段128字节的段a、b。msp430f437存储器可放大型数表,有高效的查表处理方法。本监测仪安排段0~23为程序代码区、段24为lcd显示字型表、段25~31存放校正和补偿表格、段32~63为用户采集数据保存区、段a b存放各类参数。
在电路中,其他主要模块的功能分配为:16位定时器a的比较/捕获模块0实现实现时分秒计时,比较/捕获模块1控制a/d采样周期;16位定时器b可实现pwm输出,预留作控制口;adc12用于环境参数测量;比较器a作电池欠压监测;复用p3~p5口驱动lcd液晶显示器;通用通信模块uarst0实现rs485串行通信;预留jtag接口以方便用户对仪器更新升级。
2.2 测量转换
msp430f437的adc12转换模块具有高速通用的特点,12位的转换精度保证一般采样的分辨率要求。它的8个外部模拟采样通道可任意配置,转换参考电平vr 和vr-来自内部或外部,也可以是两者的组合;内嵌的采样/保持电路给用户提供了对采样时序的各种选择,采样时序可通过软件位、3种内部或外部信号来直接控制。adc12有4种工作模式。可以在单通道上实现单次转换或多次转换,序列通道上实现单次转换或重单次转换或多次转换,在序列通道上实现单次转换或重复转换。对于序列通道转换,采样顺序完全由用户定义。
adc12转换结果保存在16个转换存储寄存器adc12mem0~adc12mem15中。其值如(5)式:
nadc=4096×(vin-vr-)/(vr -vr-)    (5)
每个存储寄存器有各自相应的控制寄存器adc12ctl0~adc12ctl15,可用软件独立配置采样通道号及转换所需参考电平。
本监测仪中,各环境参数传感器的输出经u2前置放大后,送入a0~a3模拟输入端。4路信号的转换参考电平均取vr =2.5v和vr-=0v。adc12工作模式设为序列通道单次转换,每次转换由定时器a比较/捕获模块1的定时输出out1启动。序列单次转换完成后,将置位adc12中断请求。
序列通道为adc12mem0~adc12mem12,对应的控制寄存器adc12ctl0~adc12ctl12中通道重复配置a0~a3。这样等时间间隔内每个环境参数可连续采样3次,然后在adc12中断服务程序内使用中值滤波得到转换结果。
需要指出的是,adc12的转换内核与参考电平发生器可分别进入省电模式,为低功耗设计提供便利,而且进一步降低功耗、延长传感元件的使用寿命。测量电路的电源设置为单独可控,由u3out2输出供给,并通过单片机的p2.0来切合。
主营产品:

氧化锌避雷器测试仪,全自动变比测试仪,绝缘油介电强测试仪,微机继保测试仪,高压兆欧表,介质损耗测试仪,三相电能表校验仪,变压器直流电阻测试仪


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