基于MSP430单片机的气象数据采集系统

论文摘要

该气象数据采集系统主要用来采集和处理风速、风向、雨量、气压、温度、湿度六个气象要素，具有功耗低、自动化、设置灵活等特点。本课题是与新疆信通水利有限公司合作的横向课题。根据实际工程的需要，采用了具有卓越低功耗性能的MSP430系列单片机作为核心器件，组成主从式的多处理器系统。整个系统由管理模块、模拟量模块、数字量模块和通信模块四部分组成。管理模块作为主模块，采用MSP430F449等元器件，实现时钟读取、信息配置、液晶显示、键盘控制、MMC卡便携式数据存储等功能；其他三个模块作为从模块，分别采用MSP430F149等元器件，其中数字量、模拟量模块分别实现数字量、模拟量气象数据的采集、计算和分析，通信量模块通过RS-485、RS-232等通信接口，接收上位机的命令并对上位机进行数据发布。主模块和三个从模块通过SPI通信方式进行命令发布与数据传输，保证了通信的效率和可靠性。系统采用C语言进行编程，易于维护和修改。文章首先介绍了气象数据采集系统的整体功能；其次介绍了各个模块的硬件电路设计，说明了相应元器件的选择和应用，阐述了各部分控制原理和软件调试；然后介绍了主机和从机之间的SPI通信，描述了通信协议的制定和编程思路；最后说明了整个设计的注意事项和实际测试情况。实践应用表明，该气象数据采集系统是可行的。它不但能够满足西北落后地区自动气象站对数据采集的要求，也为其他数据采集系统提供了思路和方法。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 我国自动气象站的发展状况
• 1.3 论文的主要内容
• 2 气象数据采集系统的总体设计
• 2.1 多处理器数据采集系统
• 2.2 MSP430系列单片机概述
• 2.3 一主多从的结构形式
• 2.3.1 总线的选择
• 2.3.2 结构形式的建立
• 2.4 电源电路
• 2.5 软件调试接口
• 3 管理模块的设计
• 3.1 时钟和复位电路
• 3.2 信息配置接口
• 3.2.1 通信方式的选择
• 3.2.2 配置信息的读写和保存
• 3.3 实时时钟
• 3.3.1 DS3231的特点
• 3.3.2 硬件连接电路
• 3.3.3 时间信息的读取
• 3.4 数据存储
• 3.4.1 MMC卡简介
• 3.4.2 MMC卡的通信协议与文件系统
• 3.4.3 硬件连接电路
• 3.4.4 软件设计
• 3.5 液晶显示和键盘控制
• 4 从模块的设计
• 4.1 模拟量模块
• 4.1.1 时钟和复位电路
• 4.1.2 传感器信号
• 4.1.3 恒流源的设计
• 4.1.4 差分放大与A/D转换
• 4.1.5 数据采集与计算
• 4.2 数字量模块
• 4.2.1 传感器信号
• 4.2.2 信号转换电路
• 4.2.3 数据计算与统计
• 4.3 通信模块
• 4.3.1 通信方式的选择
• 4.3.2 通信协议
• 4.3.3 数据收发的实现
• 4.3.4 上位机界面
• 4.4 小结
• 5 主从模块之间的SPI通信设计
• 5.1 SPI总线
• 5.1.1 SPI接口特点
• 5.1.2 SPI接口工作原理
• 5.2 SPI系统的硬件连接
• 5.2.1 简单的SPI系统
• 5.2.2 SPI通信的硬件设计
• 5.3 SPI系统的软件设计
• 5.3.1 数据帧的设计
• 5.3.2 SPI通信模式的初始化
• 5.3.3 收发数据的实现
• 5.4 小结
• 6 系统的抗干扰设计
• 6.1 电源滤波
• 6.2 元器件布局及PCB布线
• 6.3 防止大电流和高压
• 6.4 CPU运行中的抗干扰
• 7 结论
• 7.1 综合评价
• 7.2 未来展望
• 参考文献
• 附录A
• 作者简历
• 学位论文数据集