基于MSP430F149单片机的炮兵气象仪设计

（3）风速测量电路

风速测量电路如图5所示，风速的测量是采用叶轮式风速传感器，风速传感器与主芯片的连接只需要普通I/O接口，其连接于P1.0引脚，主芯片的P1.0引脚接收霍尔传感器产生的电磁脉冲。

图5 风速测量电路图

（4）风向测量电路

风向测量电路如图6所示。系统采用由平面电子罗盘XW3200和风标组成的磁方位风向传感器来进行风向测量，采用集成电路转换芯片MAX3232来实现电平转换，MAX3232芯片能实现电平的双向转换。该芯片包含两路接收器和驱动器IC芯片，内部有一个电源转换器，可以把输入的+5V电压变换成为RS232输出电平所需要的-10V～+10V电压。

图6 风向测量电路图

（5）通信电路

气象仪通过RS485实现与数据处理系统通信，RS485是一种多点通信标准，采用差分信号进行传输，具有较高的抗共模干扰能力；能够检测到200mV电压，具有较高的灵敏度；数据最高传输速率为10Mb/s。MAX485连接主芯片的USART0，P3.3连接MAX485的控制引脚，当P3.3为低电平时接收数据，为高电平时发送数据，C1为电源滤波电容，A、B端连接有120Ω的电阻，通信电路如图7所示。

图7 通信电路图

（6）晶振电路和复位电路

MSP430F149可接入2个外部振荡器，一个为低速晶体振荡器，经过XIN和XOUT两个引脚相连，另一个为高速晶体振荡器，经过XT2IN和XT2OUT两个引脚，根据需要外接电容，范围可以为450KHz～8MHz。外部晶振频率的选择与系统供电电压有着密切关系，根据气象仪的实际需要，选择了4M外部有源晶振，输出直接接入晶振的XT2IN引脚，XT2OUT空。

复位电路的设计要能使系统可靠复位，并在各种复杂情况下稳定工作，在MSP430F149单片机中有一RST复位管脚，它与不可屏蔽中断功能管脚复用，可由软件选择其功能，正常情况下为复位功能。系统采用外接芯片复位，在复位脚上连接复位芯片HT7027。

气象仪软件设计

气象仪的软件设计共有以下任务：

（1）完成硬件系统如特殊功能寄存器和I/O口等的初始化。

（2）具有温度、压力、风速和风向传感器初始化和检查功能。

（3）具有对温度传感器采集的温度数字信号接收和存储功能。

（4）具有对压力传感器采集模拟信号实施A/D转换并存储功能。

（5）具有对风速传感器产生的脉冲信号实施计数、计算和存储功能。

（6）完成通信接口的初始化功能，实现与风向传感器以及数据处理系统的数据传输。

（7）具有电源检测，转换低功耗状态的功能。

（8）具有数据滤波功能，剔除采集到的误差较大的数据。

气象仪软件包含主程序模块、温度数据采集模块、压力数据采集模块、风速数据采集模块、风向数据采集模块、通信模块以及数据滤波模块等。

主程序的基本流程为气象仪在接收到处理机的命令后，通过各传感器采集数据，并将数据存放到指定寄存器中，进行数据滤波，将采集到的数据通过RS485传送给处理机，其流程如图8所示。

图8 气象仪主程序流程图

从风向、风速、温度和压力传感器采集到的数据，因受多种因素的影响，可能存在不符合条件或测量误差较大的数据，为了保证测量的精确性，必须对所得到的数据进行筛选，剔除精确性较差的数据。为此，对采集到的数据，采用每十个求取平均值，剔除与平均值差值较大的数据，再将剩余的精确数据求平均值，其平均值即为测量所需的风速、风向、压力和温度数据。

结束语

本文基于MSP430系列超低功耗单片机设计了一种高效、高精度、自动化炮兵气象仪，用以满足炮兵部队训练所需。本文根据系统要求，选择了合适的压力传感器、温度传感器、风速传感器和风向传感器，并完成了气象仪硬件和软件设计。该气象仪性能可靠、工作稳定，能够满足部队训练使用精度和技术性能指标要求。