摘 要： 以MSP430F149单片机为核心，开发出一套高精度、多功能、低功耗的数据采集系统。同时，通过短消息无线通信实现了远程的无线数据传输功能，保证在无人职守环境下进行数据的远程监测。
关键词： MSP430单片机  GSM  ADS1224  AT45DB161B

    数据采集系统在自动控制领域和仪器仪表生产中的应用十分广泛。本文以MSP430F149单片机为核心，通过几个功能模块的扩展，开发出一套高精度、多功能、低功耗的数据采集系统。同时，该系统通过GSM网络，实现了短消息无线通信，保证了在一些无人值守的工作场合下的远程无线数据监控，系统结构框图如图1所示。

                         
1 CPU模块
    本系统采用TI公司生产的MSP430F149单片机，它有以下特点：超低功耗；处理能力强大，片内寄存器众多、寻址方式丰富、指令简洁；片上外围模块丰富，集成了数十个I/O口、12位内部A/D、硬件乘法器、看门狗电路等功能电路；开发方式方便高效，使用FLASH型程序存储器和JTAG 技术，可以实现在线编程；适应工业级运行环境，工作温度范围-40℃～+85℃。
2 数据采集模块
2.1模拟量采集
    MSP430F149片内集成了12位精度的A/D转换模块ADC12，具有高速（最大采样速率可达200ksps）、通用的优点，它可以对8个外部模拟信号之一或4个内部电压之一进行转换。在本系统中，使用A0～A2作为外部模拟信号的采集引脚。
    同时，为实现高精度的测量，系统外扩了一片4通道、24位的串行AD转换器ADS1224。ADS1224是Burr－Brown公司生产的逐次逼近式串行24位微功耗CMOS型高速A/D转换器，线性度可达0.015％；采样频率为240sps；占用微处理器的端口较少；其差动输入信号范围为500mV～Vcc（工作电压）。
2.2开关量采集
    本系统实现了4路开关量的采集，外部开关量信号经过光电隔离后，从MSP430F149的P1.0～P1.3引入系统。此时，结合软件，将P1.0～P1.3定义为外部事件的中断输入引脚。数据采集模块示意图如图2所示。

                          
3 人机接口模块
3.1 4×4键盘
    本系统使用矩阵式的4×4键盘，可实现参数设定、工作方式选择等功能。其中，解决了键盘消抖、复合键判别等基本功能。
3.2 液晶LCD
    本系统使用CA240128E型点阵式LCD显示器。该显示器含内建7602个常用简体字库、国家标准GB码字库、内建多组半宽字符（ASCII码），方便编程；全屏幕点阵，点阵数为240（列）×128（行），可显示15（列）×8（行）个（16×16点阵）汉字，也可完成图形、字符的显示。
3.3 微型打印机
    MSP430F149提供两个串口，本系统采用SP-A系列微型针式串行接口打印机，可实现即时打印功能。该打印机不仅可以打印汉字和ASCII字符，而且可以打印数学符号、专用符号和各种图形曲线符号。通过编程，还可以实现文字和不规则图形的混合打印，基本能满足仪器仪表的需要。
4 数据存储模块
4.1 E2PROM存储器
    FM24CL64是ramtron公司生产的非易失性铁电随机存储器，它采用I2C总线结构与单片机进行通信。具有8KB存储空间，具有硬件写保护功能，可进行100 000次编程与擦写。E2PROM存储器的使用，在节省系统资源的情况下增加了存储容量，使得数据可长期保存不丢失，适用于配置参数、有效数据的记录与保存。
4.2 FLASH存储器
    AT45DB161是ATMEL公司生产的串行接口的可编程闪速存储器，它采用SPI 串行模式与MSP430F149单片机进行通信，几乎无需外接元器件。该芯片操作方便、数据存储量大，安全性好，并且具有封装尺寸小、集成度高、功耗低等优点，适用于数字语音存储、图像存储和数据存储等领域。
    数据存储模块示意图如图3所示。

                          
5 通信模块
5.1 通信模块硬件接口
    本设计采用的GPRS功能模块是SIMCOM公司的SIM100。SIM100是SIMCOM推出的GSM/GPRS 双频模块，主要为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。SIM100 集成了完整的射频电路和GSM 的基带处理器，适合于开发一些GSM/GPRS 的无线应用产品。
5.2 SIM100 的系统功能特性
    GPRS Class 10多时隙功能，Class B操作模式；支持GSM900/DCS1800双频；短消息业务；电路交换语音（EFR/FR/HR）；GSM07.07， GSM07.05和增强型AT命令集；发射功率：Class 4（2W）/（EGSM），Class 1（1W）/（1800MHz）；电源电压范围：3.3V～4.6V直流；待机电流：4mA；外部SIM卡，外部天线；工作温度：-35℃～+75℃。
SIM100的串行口，除了串口发送（TX）、串口接收（RX）之外， GPRS模块还有一些硬件握手信号，如DTR、CTS、DCD等。
模块支持外部SIM卡，可以直接与3.0V SIM卡或1.8V SIM卡连接（本设计使用的是3.0V的SIM卡）。模块自动监测和适应SIM卡类型。为了防止静电损坏，在靠近SIM卡座各引脚的位置放置瞬变电压抑制二极管（TVS管）。ESDA6V1W5是由4个单向的二极管组成的，它最高可实现25kV的静电瞬变保护，而且它的芯片集成度高，体积小，适合本系统的需要。
5.3 通信模块程序设计
    系统软件的核心部分是MSP430与GPRS无线模块的通信，技术难点是AT命令的设置和使用。AT 命令是调制解调器的控制指令，无线信道的建立、数据传输等操作都是通过它来完成的。MSP430以一定的协议对模块发送AT指令,接收模块执行指令后的返回值，并执行相应校验。
    系统软件设计采用模块化设计思想，主要分为系统初始化模块、参数配置模块、GPRS链路建立模块、数据传输模块、断开GPRS连接模块几部分。
    软件功能的总设计流程如图4所示。

                 
    本数据采集系统以MSP430F149为核心，实现了数据的精确采集、实时显示、实时打印、实时存储、人机交互等功能，并实现了短消息无线通信，保证了在一些无人值守的工作场合下的远程无线数据监控，具有良好的应用前景。同时，该系统已经成功应用于“激光车辙测试仪”、“路面弯沉仪”等装置的研制，运行状况良好。
参考文献
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 2006，22(20).
[4]  刘亚利，敬岚，乔卫民．基于MSP430F149 型单片机的智能温度控制系统[J]．计算机工程与设计,2006,27(6).