基于MSP430的电能质量监测仪设计与实现
基于MSP430电能参数测量装置设计
产 品 的低成 本 高精 度特 性使 其具 有很 好 的市 场前景 。
关键 词 ：电能参数 测 量 ； 单 片机 ；电能 ； Ｅ Ｓ Ｐ ４ ３ ０ ；Ｓ Ｏ Ｃ
中图 分类 号 ： ＴＭ９ ３ ３ ． ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
随着 电力 电子 和计 算机 技术 的迅 猛发 展 ， 出现 了种 类繁 多 的用 电设备 ， 各种 非线性 特性 用 电设备 的使 用
２ Ｏ １ ３一Ｏ５—２ １ 收 稿 日期 ：
基金项 目： 山 东 省 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ Ｚ Ｒ２ ０ ０ ９ Ｆ ＱＯ ｌ ２ ）
作者简介 ： 张建文（ １ ９ ８ ７ 一 ） ， 男， 硕士研究生 ， 主 要 研 究 方 向为 电力 电子 。
通讯作者 ： 杨艳 （ １ ９ ８ ２ 一 ） ， 副教授 ， 主 要 研 究 方 向为 ： 电力 电子 控 制 技 术 及 电 能 变 换 装 置 分 析设 计 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｎ ｋ ｌ ｉ ｓ ａ ｙ ａ ｎ ｇ ＠ｇ ｍａ ｉ ｌ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
模块 进 行 ＡＤ转 换 后 得 到 数 字 信 号 ， 并 完 成 相 应 计 算 得
出电表 参数 ， 如 有功 功 率 、 无 功功 率 、 电网频率 、 功 率 因数
Ｌ ｌ Ｎ ｝电 流 ＿＿＋ ， ＋
采 』 ．
ＥＳ Ｐ
电
等 。ＭＣ Ｕ 通过 对 Ｅ Ｓ Ｐ电能计 量模 块进 行读 写操 作 后 得 到 电能参 数测 量值 ， 结 合 采 样 通 道 的 校正 参 数 计 算 出 电 能 参数 的准确 值 。将 电 能 参 数值 送 至 Ｌ Ｃ Ｄ显 示 模 块 显
电压 电流 采样 通道 如 图 ２ 所 示 。电流通 道首 先通 过 电流互感 器 ＣＴ与 电阻 Ｒｆ将 零线 上 的大 电流转 化
基于mps430电能表的原理设计毕业设计 精品
毕业设计基于mps430电能表的原理设计摘要电能是现代社会中国民经济和人民生活的重要保障，随着社会的快速发展往往导致电能的供应与使用之间产生矛盾。
为了解决这一矛盾，电能计量的分时计费方式可以通过调节人们的用电行为，对提高电能利用的合理性和缓解电力供需矛盾具有重要价值。
但是传统的机电式电能表无法执行分时计量和分时计费的功能，因此基于单片机技术设计的新型数字电表是实现新型电能管理方式的前提。
本文首先介绍了电能表发展的历程以及现状，阐述了各种抄表计费方式并讨论了各自的优缺点，介绍了电能表技术发展的未来趋势。
然后论述了网络电能表的目标功能，对比了国内外各种系统结构设计方案优缺点，确定本课题中电能表的系统结构设计方案。
针对功能的需要，选用了TI公司的MSP430E427为MCU设计网络电能表的检测和控制系统，简化了电能表的电路设计，提升了系统的处理能力：数据采集部分采用二相电能计量专用芯片ADE77_58，以提高电能表的精度：点阵LCD模块的使用，则提供了友好的人机交互界面：在分析目前常用的系统网络架构和嵌入式接入方案的优缺点的基础上确定了电能表的网络架构和嵌入式接入方案，运用MC39i无线GPRS通讯模块，嵌入TC P/IP协议栈，实现电能量参数的远程传输：对网络电能表进行校准，确保了电能表的精度。
关键词：ADE7758 MSP430FG4619 液晶显示GPRS 通讯MC39iAbstractThe electric energy is a guarantee to national economy and daily lifein modern society. With the fast development of the society， contradiction between the demand and production of electrical energy occurs. Time-scheduled tariff system， that changes user's behavior in energy consuming and rationalizes the electrical energy utilization，is an effective and valuable measure to solve this problem. For the energy measurement the traditional mechanical electricity meter no longer can meetthe requirements of this new tariff system， and microcontroller-baseddigital E-meter becomes the prerequisite and backbone of this tariff system.The paper first introduced energy meter development's course as wellas the present situation， and elaborated each kind way of energy meter reading and discussed the respective advantages and disadvantages. Briefed the future tendency of the energy meter technological development.Then the topic elaborated the network energy meter's goal function，compared to the advantages and disadvantages of various system construction's design proposal at home and abroad to determine the issueof the energy meter construction's design. According to need of function，TI's MSP430E427 is selected as energy meter's MCU and design energy meter's testing and control system to simplify the design of energy meter's circuitand improve the system's handling ability： Data acquisition partuses electrical energy measurement special-purpose chip ADE7758 to improvethe network energy meter's precision： the use of LCD moduleprovides friendly people-machine interface： In the analysis of current commonly used system network construction and the disadvantage andadvantage of the embedded turning on plan ，the topic determine the system's network construction and the embedded turning on plan， communication module realizes the electrical energy quantity parameter long-distance transmission through the wireless GPRS MC39i and embedded TCP/IP protocol stack： The calibration of energy meter ensure the accuracy of energy meter.The paper introduced in detail the process of GPRS communication realization. According to system's own need， carried on the approprite cutting out to TCP/IP protocol stack not only simplified the TCP/IP protocol but also satisfied the network communication's request of energy meter.Key Words： ADE7758 MSP430FG4619 LCD GPRS MC39i目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 数字仪表的发展历程 (1)1.2.1 智能仪表的概念 (2)1.2.2 智能仪表的特点 (3)1.2.3 电子技术、计算机技术和网络技术的进步对智能仪表发展的推动 (4)1.2.4 虚拟仪表是智能仪表发展的新阶段 (5)1.3 国内外电能表技术发展的现状 (6)1.4 本章小结 (8)第二章总体方案 (9)2.1 测量的概念及原理 (10)2.2 电能参数的测量 (10)2.2.1 电压、电流测量 (10)2.2.2 功率测量 (11)2.3 多费率电能表的原理 (13)2.4 单项电能表原理 (15)2.5 有功电能计算 (16)2.6 最大需求量 (17)2.7 多费率电能表开发过程 (17)2.8 本章小结 (18)第三章电能表的硬件设计 (19)3. 1 硬件总体方案 (19)3.2 MSP430C3XX系列单片机 (20)3.3 中断与部分资源的应用设计 (24)3.3.1 MSP430的中断系统 (24)3.3.2 定时器的应用 (24)3.3.3 通用定时器/口 (26)3.3.4 通用口PO (27)3.3.4 中断和部分资源的综合运用 (27)3. 4 ADC14的原理与电压电流输入通道的设计 (28)3.4.1 MSP430的ADC14模数转换模块 (28)3.4.2 电压电流输入通道的设计 (30)3.5 LCD接口模块及其应用 (32)3.6 串行E2PROM接口 (34)3.7 串行通信接口的实现 (34)3.8 本章小结 (36)第四章电能表的软件设计 (37)4.1 软件开发过程与手段 (37)4.2 MSP430的指令系统 (39)4.2.1 指令系统的运行环境 (39)4.2.2 指令系统简述 (39)4.3 电能表的主流程与模块化程序设计 (40)4.4 实时时钟的产生 (42)4.5 电能测量模块的设计 (43)4.5.1 计量原理的选择 (43)4.5.2 采样频率和采样时间长度的选择 (44)4.5.3 简化扫描原理 (44)4.5.4 电能计费模块的软件设计 (48)4.6 E2PROM读写模块的设计 (49)4.6.1 I2C接口的模拟 (49)4.7 液晶显示模块 (49)4.8 串行通信协议 (50)4.9 本章小结 (52)第五章总结与结论 (53)致谢 (55)参考文献 (56)第一章绪论1.1 课题背景电能是社会生产、人民生活必需的重要能源之一，随着国民经济的不断发展，电力需求急骤上升，电力供应与电力需求出现了不平衡。
基于DSP和430单片机的电能质量分析仪设计
据通信 。该设计能够对工频交流 电的 电压有效值 、 电流有效值 、 有功功率、 无功功率 、 率因数 、 波等主要 电能质量参数 功 谐
进 行 测量 。
关键词 ： 电能 质 量 ；Ｓ ； Ｐ ３ ； 机 接 口 Ｈ Ｉ Ｄ Ｐ ＭＳ ４ ０ 主 Ｐ
中 图分 类 号 ：Ｐ ７ Ｔ ２３＋． ４
ｉ ｅ ａｅａｄｄｓｌ ．Ｔ ｏｃｒｓｃｍｍ ｎｃｔ ｔｒｕｈｔｅＥ ｈ ｃｄＨ ｓ Ｐ ｒＩｔｒ ｃ Ｈ Ｉ ８ ．Ｔ ｅ ｅｉ ａ ｅ ｕｅＡ ｎ ｒ ｃ ｎ ｉ ａ ｔｆ ｐ ｙ ｗ ｏｅ ｏ ｕ ｉ ｅ ｈｏｇ ｎａ ｅ ｏｔ ｏｔｎｅ ａｅ（ Ｐ 一 ） ｈ ｓ ｎｃｎｍ ａ ｒ Ｃ ａ ｈ ｎ — ｆ ｄ ｇ ｓ
文 献 标 识 码 ： Ｂ
文章 编 号 ：０２—１４ （０ ０ １ ０ ６ ０ １０ ８ １ ２ １ ） ｌ一 ０ ９— ２
Ｄｅｉｎｏ ｏ ｅ ａｉ ａｙ ｅ ａｅ ｎＤＳ ｎ Ｓ ４ ０ ｓ ｆＰ ｗ ｒＱｕ ｌｙＡｎ ｌｚｒＢ ｓｄ ｏ Ｐ ａ ｄＭ Ｐ ３ ｇ ｔ
１ 硬 件 设计
１ １ 系统 设 计 方 案 ．
分量 ， 即信号最高频率为 ５ ０×５ ２５０Ｈ ， ０＝ ０ ｚ 为使２５０ Ｈ 增益 ０ ｚ
接近于 １ 设定 低通滤波器 的 ３ｄ ， Ｂ截止频率 为３２０ Ｈ ， Ｄ采 ０ ｚＡ
该设计采用 Ｄ Ｐ＋ＭＣ 的双 核设计 方案 。Ｄ Ｐ选 用低 功 Ｓ Ｕ Ｓ
Ｚ ＨＵ ａ — ｏ Ｌ Ｕ Ｚ ｅ — ｉ ｇ Ｌ ａ — ｕ Ｙｕ ｎ ｂ ， Ｉ ｈ ｎ ｘｎ ， ＩＢ ｏ ｇ ｏ
（ ． ｈ ｎＵｎｖｒｉ ｆ ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙ Ｗ ｕ ａ ３０ １ Ｃ ｉａ １ Ｗｕ ａ ｉｅｓｔ ｏ ｉ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ， ｈ ｎ４０ ８ ， ｈｎ ； ｙ Ｓ ｎ ２ Ｉｔｒ ａｉｎ ｌ ｃ ｎ ｍｉ ａ ｄＴ ａ ｉｇＣ ｒ ｏ ｔ ｎ Ｗ Ｉ Ｃ Ｗ ｕ ａ ３０ １ Ｃ ｎ ） ．ｎｅｎ ｔ ａ Ｅ ｏ ｏ ｃｎ ｒｄｎ ｏｐ ｒｉ ， Ｓ Ｏ， ｈ ｎ４０ ８ ， ｈ ａ ｏ ａ ｏ ｉ
基于MSP430单片机的电池监测仪设计与实现
基于MSP430单片机的电池监测仪设计与实现李鹏【摘要】电池检测是现代社会一直关注的重点问题,虽说电源系统的自动化处理技术十分强大,但还是会出现一些漏洞,当系统停电时,电池就起到了很大的作用.本文基于MSP430单片机原理下,对电池的设计流程和运作情况实施实时监控,在节省人力物力和提高效率的基础上建立自动化的电池监测仪.电池远程监测仪的使用原理是在电池内部输入一个可以传输的交流电信号,主要观察电池在使用过程中的电压和电流转换情况,测量电池在高频度使用次数下温度的变化.这种电池监测仪方法提高了电池的使用效率和时限,并且减少了生态污染,避免造成经济损失.利用MSP430的功能,将其与电池的监测工作相结合,提高了工作效率的同时也增强了获取的数据的可靠性.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】2页(P185-186)【关键词】监测仪;MSP430;电池检测;系统设计【作者】李鹏【作者单位】西藏民族大学电子设计实践实验中心【正文语种】中文MSP430单片机是一种混合方式下的信号处理器，它在一个芯片上集成不同的电路，这些电路主要包括功能各有差异的模拟电器和微处理器，还有数字电路模块等等，再根据实际生活中使用需求的不同，来利用单片机制定解决问题的措施。
这种监测仪技术在监测电池之前自身就需要利用电池来供电，并装在便于观察的仪器表盘中。
在MSP430单片机的技术原理之下，设计电池监测仪的工作就相对而言较为简便。
电池作为现代生活中必不可缺的资源，广泛运用于农业、工业和生产交通等领域。
电池使用的正确与否主要取决于对电池数值的准确测量和分析，运用监测仪对电池的自动化系统做出规划，分析它在使用过程中的安全性和可靠性，为之后将电池运用到实际产品中不出现差错做好铺垫。
在设计电池监测仪之前，要利用MSP430单片机实现电池电量检测、电压和温度检测的功能，保障了这些基本功能，才能有效提高电池监测仪的工作效率。
基于MSP430的智能电能表设计
基于MSP430的智能电能表设计摘要基于炬力公司的高精度电能计量芯片ATT7022B，本文以超低功耗单片机MSP430F149为控制器，设计了一款三相多功能电能表。
该电表围绕DL/T 614-2007《多功能电能表》的技术要求和功能规范进行了设计。
文中详细介绍了该多功能电能表的软硬件设计方案。
引言随着我国电力事业的蓬勃发展和人民群众生活水平的不断提高，电力已成为人们生活、工作中必不缺少的组成部分。
随着居民用户电表数量的增加，人工抄表已经无法满足电力系统的管理和服务的需求。
人工抄表的工作越来越繁重，效率低、误差大、成本高，数据的统计分析准确率低且滞后，无法实现实时抄表、分时计费、实时监测供用电情况。
电力系统迫切需要电力网络技术支持，以便及时准确的获得用电管理、收费管理、供用电线损统计、分析及电力安全运行等各方面的信息。
1.系统方案根据功能要求，设计了如下的整体方案：系统包括三相多功能智能电表、红外遥控抄表器以及上位机抄表软件。
系统结构框图如图1所示。
图1 系统结构框图红外遥控抄表器通过红外通信的方式完成对电能表内数据的抄取，通过RS485总线与电能表通信，实现对电能表的监测。
电能表主要由电能计量单元、电源管理、微控制器、通信单元、时钟、显示模块、报警模块、广播校时模块等组成，系统结构框图如图2所示，图2 电能表系统结构框图1、互感器完成大电压和大电流信号到小电流信号的转换。
2、电能计量模块采集互感器转换的电流信号，完成对电能的计量。
3、电能管理模块为系统提供3V、5V电源，并且完成对时钟电池和系统后备电池的充电管理。
4、显示模块完成对相关数据的显示。
5、报警模块主要完成断相、失压、电池欠压等报警功能。
6、通信模块包括红外和485通信两部分，提供了红外收发和RS485两种通信接口，辅助完成实现远程抄表、手持抄表等功能。
2.系统硬件设计2.1微控制器系统主控制器选用了MSP430F149单片机，该芯片是一种超低功耗微处理器，采用精简指令集结构，内部具有ESD保护，抗干扰能力强。
基于MSP430F149的多功能电力监测仪的设计
摘 要： 介 绍了一种基于超低功耗单 片机 Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９ 的多功能 电网参 数综合监测仪 ， 系统采用电能计量 专用芯片 Ａ Ｔ ｒ ７ ０ ２ ２ Ｂ 测 量三相 电网的各参数 ， 并设计 了外围硬件 电路 ， 包 括采 样调理 电路 、 人 机界面 、 实 时时钟 、 串行通信及 电源模块 等。本 设计 校表采用与触摸屏相结合 的软件校 表 ， 不需与上位机 通信 ， 在很 大程度上简化 了校表程序 ， 校 表精度 也有 较大提高。 经实验测试 ， 该监测仪具有高精度 、 低功耗 、 多功能和
Ｃ Ｌ Ｃ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ： Ｔ Ｐ ２ １ ６ ． １
智能化等优点 。 关键词 ： 电能质量监测 ； Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９ ； Ａ Ｔ Ｉ ＇ ７ ０ ２ ２ Ｂ ； 触摸屏 ； 软件校表 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ２ １ ６ ＋ ． １ 文献标 识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ３ — ０ １ ０ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ － ０ ０ ６ ３ 一 ｏ ４
基于 Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９的多功能电力监测仪的设计
电子质量 （ ２ ０ １ ３ 第０ ９ 期）
基 于 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ １ ４ ９的 多 功 能 电 力 监 测 仪 的 设 计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｍ ｕｌ ｔ ｉ ｆ ｕ ｎｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＭＳ Ｐ４３ ０Ｆ １ ４ ９
ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ—ｐ ｈ ａｓ ｅ ｇｒ ｉ ｄ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇｎ ｓ ｐ ｅｒ ｉ ｐ ｈ ｅ ｒ ａ ｌ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ， ｉ ｎ ｃｌ ｕ ｄｉ ｎ ｇ： ｓ ａ ｍｐｌ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｄｉ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎ ｇ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｓ ， ＨＭ Ｉ ， ｒ ｅ －
基于MSP430的新型智能电量监测器的研究
基于MSP430的新型智能电量监测器的研究谢俊武;易婷【摘要】随着新技术日新月异的发展,用电管理自动化成为电力企业提升电网品牌形象的重要举措.针对客户对电费存在疑问的情况,通过智能电量监测器上门测量,使用户能够自行查看家中各电器电量使用情况,提高电费收缴透明度.文章介绍了新型智能电量监测器的总体设计,详细描述了检测器的硬件电路的具体实现方法和软件设计.实际工作证明,该电量监测器降低了客户投诉率,提升了电力客户满意度.%With the rapid development of new technology,power management automation has become an important measure for power enterprises to enhance the brand image of power grid accounts.According to the customer's question on the electricity bill,the subject can be measured by the intelligent electricity monitor,which enables the user to check the use of electrical appliances at home and improve the transparency of the collection of electricity charges.This paper first introduces the overall design of a new intelligent power monitor,and then describes in detail the specific implementation method and software design of the hardware circuit of the detector.The actual work proves that the electricity monitor reduces the customer complaint rate and improves the power customer satisfaction.【期刊名称】《工业加热》【年(卷),期】2018(047)002【总页数】3页(P63-65)【关键词】用电管理;电力企业;电量监测器【作者】谢俊武;易婷【作者单位】广东电网公司江门供电局,广东江门 529000;广东电网公司江门供电局,广东江门 529000【正文语种】中文【中图分类】TM930.12随着电力服务质量水平不断提升，国网公司对客服工作优质化、精细化亦提出了更高要求，客服工作中，居民客户对抄见电量不准确、电费不合理等投诉屡见不鲜，目前，此类问题的处理方法为安排工作人员上门排查电表及线路，若未查出问题则如实告知用户，然而这样做往往解决不了客户的疑问，反而易引发客户的负面抵触情绪。
基于MSP430的高精度电量测量装置的设计
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图 2 中-3.3V 的抬高电压是由这里的+3.3V 经过一级放大器反 相直接得到。这样的联动关系, 最大程度减小噪声干扰所引起 的测量精度误差。
图 2 运放采样电路图 频率测量电路 1.3 信号频率的变化直接影响到采样的最终精度 ,对于数字交 流采样 ,一周波通常需要采集 64 个以上的采样点 , 因此信号采 样需要对被测信号的频率进行实时的锁频采样。 如图 3 所示输 入采样信号与标准信号同时输入到 MSP430 内置的比较器中 , 由比较器输出过零点的方波 , 该方波再经由一阶 RC 低通滤波 后与 MSP430 内置定时器的捕获模块连接 , 充分利用 MSP430 内部集成的硬件资源,大大提高了频率测量的精度。
《微计算机信息》 ( 嵌入式与 SOC)2010 年第 26 卷第 10-2 期
高,而且具有很好的实用性和推广价值。 参考文献: [1]胡大可,MSP430 系列 FLASH 型超低功耗 16 位单片机[M].北 京:北京航空航天大学出版社 2001.11 [2]王幸之等,单片机应用系统抗干扰技术[M].北京:北京航空航 天大学出版社 2000.9 [3]Texas Instruments Economic Voltage Measurement With the MSP430 Family [4]刘凌波,李海霞等.基于 DSP 的高精度电量测量系统的设计[J]. 微计算机信息.2009,1-2: [5]高婧; 郑建勇; 潘震东.电力系统微机保护中改进傅氏算法综 合性能研究[J].继电器,2002.10 [6]覃毅,汤荣江等.单片机应用系统的软件抗干扰措施[J].微计算 机信息.2007,2-2: 作者简介 :范大勇(1974—),男,东南大学建筑设计研究院,电气工 智能化研究及设计。 程师,注册电气工程师,主要从事建筑电气、 Biography: Fan Dayong (1974 — ), male, Architectural Design and Research Institute, Southeast University,Electrical engineer, Registered electrical engineer,Major in Building Electricity & Intelligence. (210096 江苏 南京 东南大学建筑设计研究院 ) 范大勇 (211100 江苏 南京 南京尚恒测控系统有限公司 ） 唐 建
基于DSP与430单片机的电能质量测量仪设计
Ａｂｓｔｒａｃｔ………………………………………………………………………………………………………………………．ＩＩ
第一章 绪论…………………………………………………………………………………．１ １．１选题背景………………………………………………………………………………．１ １．２电能质量的相关概念及研究意义……………………………………………………．１ １．２．１电能质量的相关概念…………………………………………………………．．１ １．２．２电能质量问题的危害…………………………………………………………．．２ １．２．３电能质量分析测量系统的研究意义……………………………………………．３ １．３国内外研究现状………………………………………………………………………．３ １．４本课题主要的研究内容和章节安排…………………………………………………．５ 第二章 电能质量主要参数的算法现实……………………………………………………６ ２．１电能质量主要参数分析………………………………………………………………６ ２．１．１电压偏差…………………………………………………………………………６ ２．１．２频率偏差………………………………………………………………………．．６ ２．１．３三相电压不平衡度……………………………………………………………。７ ２．１．４电压波动和闪变………………………………………………………………．．７ ２．１．５公用电网谐波…………………………………………………………………。８ ２．２电能质量参数的测量原理及算法现实……………………………………………．．１０ ２．２．１电压、电流、功率的测量原理及实现方法…………………………………１０ ２．２．２频率的测量原理及实现方法……………………………………………。…．．１１ ２．２．３谐波的测量原理及实现方法…………………………………………………１２ ２．３本章小结………………………………………………………………………………１２ 第三章 系统的硬件设计…………………………………………………………………。１３ ３．１系统硬件设计原理框图………………………………………………………………１３ ３．２信号采集模块…………………………………………………………………………１３ ３．２．１电压、电流传感器……………………………………………………………１３ ３．２．２硬件滤波电路…………………………………………………………………．１５ ３．２．３信号调理电路…………………………………………………………………。１５ ３．２．４ ＡＤ转换电路…………………………………………………………………。１６ ３．２．５信号采集模块的电源电路……………………………………………………１７ ３．３ ＤＳＰ信号处理模块……………………………………………………………………１８ ３．３．１ ＴＭＳ３２０Ｃ５４１０Ａ简介……………………………………………………………………………．１８ ３．３．２多通道缓冲串口（ＭｃＢＳＰ）…………………………………………………１９ ３－３．３增强型主机接口（ＨＰＩ．８）……………………………………………………２０ ３．３．４外扩存储器设计………………………………………………………………２０ ３．３．５ ＤＳＰ系统模块的电源电路……………………………………………………２ｌ ３．４ ４３０单片机控制模块…………………………………………………………………２２ ３．４．１ ＭＳＰ４３０单片机简介……………………………………………………………２２ ３．４．２液晶显示与按键输入…………………………………………………………２３ ３．４．３其它外围功能器件……………………………………………………………．２４ ３．４．４ ＭＳＰ４３０系统模块的电源电路………………………………………………．．２５ ３．５硬件实物照片………………………………………………………………………。２６
采用MSP430单片机完成电池电量测量系统方案
1 绪论1.1 引言锂离子电池是20世纪70年代以后发展起来的一种新型储能电池。
由于其具有高能量、寿命长、低能耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，锂离子电池在逐步应用中显示出巨大的优势，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车、储能、航天等领域[1]。
目前使用的各类电池中，锂离子电池(也称锂离子二次电池或锂离子蓄电池)是近十几年才发展起来的一种新型电源。
自20世纪90年代初日本索尼能源开发公司和加拿大莫里能源公司研制锂离子电池获得成功以来，一直是世界各国竞相研究开发和应用的热点[2]。
在第215届电化学会议中，新型电极材料仍是锂离子电池的研究热点之一，与传统正极材料LiMn204、LiCoO2、LiMnPO4相比，LiFePO4正极材料所特有的安全性能引起了人们的重视。
其中粘结剂作为非导电的活性材料在锂离子电池中的重要性开始逐渐被认识和接受。
美国劳伦斯伯克利国家实验室研究了电极循环性能与电极片机械能的关系，发现电极的机械能与长期循环性能的关系密切，电极的损坏，特别是碳负极的损坏主要源于极片力学性能的下降，指出电极材料并不是决定电极性能的唯一因素，粘结剂的性能和极片的制备方法、工艺也是必须考虑的[3]。
近年来，许多研究者不再局限于对某一材料的制备与优化，开始着眼于整个系统的匹配，优化电极片和制备方法，瞄准动力汽车的需求设计高能量电池和高功率电池，分析电池衰退的原因，开发满足动力电池需要的3000至5000次循环寿命的长寿命锂离子电池[4]。
涉及锂离子电池的研究内容和手段不断的丰富，对于锂离子电池制备工艺的提高也有很大的促进与提高。
以上所述介绍了锂电池的发展现状，进一步研究和开发锂离子电池对发展与能源密切相关的的各项产业具有非常意义，而且通过本课题的研究为我增加了很多聚合物锂电池的知识。
电池运行状态的监测主要是通过检测电池的电压、电流、温度等同电池性能密切相关的参数与时间相对应的关系，得出当前电池的运行状态信息，然后通过分析处理并和预先设定的电池性能判断标准进行比较，从而诊断出电池的当前的健康状态是否良好[5]。
(完整版)基于MSP430单片机的环境参数监测仪的设计制作毕业设计
常州机电职业技术学院毕业设计（论文）系部：信息工程系专业：应用电子技术题目：基于MSP430单片机的环境参数监测仪的设计制作指导者：评阅者：2014 年 4 月毕业设计（论文）中文摘要温湿度和光照度等参数是标定环境不可缺少的参数，对其进行准确的测量具有重要意义。
本文以室内外居住环境为背景，设计出一种以MSP430F5438A超低功耗单片机为控制核心的环境参数监测仪。
论文对环境参数监测系统硬件和软件模块包括子系统模块进行了详细设计：通过相应的传感器芯片对包括温度、湿度、光强、红外辐射度和可燃气体浓度等环境参数进行检测和采集；通过微处理器MSP430F5438A将传感器芯片采集到的数据进行分析处理，并在液晶终端进行参数的实时显示和监控。
论文分别对温度传感器模块，单总线湿度传感器模块，光照度传感器模块，气敏传感器模块，红外热释电模块以及按键和液晶显示模块进行了单模块分别调试。
在此基础上对这些子程序模块进行了整合调试及整机功能和功耗测试，最终完成整个监控系统及仪器的设计制作。
实验显示，本环境参数监测仪具有体积小、携带方便、功耗低、可靠性高、免维护、成本低等优点，在室内外环境参数监测领域，具有很好的应用前景。
关键词：MSP430单片机环境参数监测传感器液晶显示毕业设计（论文）外文摘要Title： The Design and Production of Environmental Parameter Monitor Based on MSP430Abstract：Parameters such as temperature, humidity and illuminance are indispensable to the calibration environment, which has important significance for accurate measurement. The aim of this thesis isto design an environmental parameter monitor, which controlledby an ultra-low power MSP430F5438A for indoor and outdoor living environment.The detailed design of hardware and software module including subsystem module in the environmental parameter monitor is proposed in this thesis. The corresponding sensor chip is usedto detect and collect the environmental parameter such as temperature, humidity, illuminance, the infrared radiation intensity and combustible gas concentration. The MSP430F5438A analyzes and processed the data which collected by sensor chips, and realized the real-time display and monitoring for parameterson LCD terminal.The thesis proceeds debugging on single module likes temperature sensor module, single bus humidity sensor module, illuminance sensor module, gas sensor module, pyroelectricinfrared module and buttons and LCD module, respectively. On the basis of that, after debugging and test on the function and power for the integrated subroutine modules, the design and production of the whole monitoring system and instrument is completed.Test results given show that the environmental parameter monitor has several advantages, such as small volume, portable, low power consumption, high reliability, maintenance-free, low cost and so on. It has a great application prospect in the field of indoor and outdoor environmental parameters monitoring.Key words: MSP430, Environmental Parameter Monitor, Sensor, LCD Display目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 论文的主要内容 (2)2 数据监测系统的总体设计方案 (4)2.1 系统总体框图设计 (4)2.2单片机选型 (4)2.2.1 MSP430单片机概述 (4)2.2.2 MSP430F5438A介绍 (6)2.3 传感器的选型 (6)3 系统硬件设计 (8)3.1 主控芯片模块 (8)3.1.1 单片机最小系统模块 (8)3.1.2系统电源模块 (8)3.2 子系统模块 (8)3.2.1光强采集模块 (8)3.2.2 温度采集模块 (10)3.2.3 湿度采集模块 (11)3.2.4 气敏传感器监测模块 (11)3.2.5 红外采集模块 (12)3.2.6液晶显示和键盘模块 (14)3.3 硬件电路板的焊接与制作 (16)3.3.1 系统硬件电路原理图 (16)3.3.2 系统硬件电路PCB图 (17)4 系统软件设计 (19)4.1 软件开发环境及编程思想简介 (19)4.2系统主程序设计 (19)4.3 系统子程序设计 (20)4.3.1 按键设置程序 (20)4.3.2 数据监测程序 (20)4.3.3 主控芯片MSP430F5438A时钟设定程序 (21)4.3.4 DHT11单总线数据读取程序 (22)4.3.5 片内ADC程序 (23)4.3.6模拟I2C通信协议 (24)5 监测系统调试分析 (29)5.1人机操作界面测试分析 (29)5.2 光强模块测试分析 (30)5.3 温度模块测试分析 (30)5.4 湿度模块测试分析 (30)5.5 气敏传感器监测模块测试分析 (31)5.6 红外监控模块测试分析 (31)5.7整机装配与调试 (32)5.7.1整机装配调试 (32)5.7.2功耗测试 (32)总结 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录A 系统原理图 (35)附录B 系统PCB图 (36)附录C 控制程序源代码 (37)1 绪论1.1 课题背景为了使人类拥有舒适、健康的生活，很多情况下要监测周围的环境参数。
基于MSP430电能表的设计研究与应用的开题报告
基于MSP430电能表的设计研究与应用的开题报告一、研究背景随着能源消耗量的不断增长，电能计量成为了国家能源管理的一个重要方面。
传统的电能表大多采用机电式计数器，存在着误差大、容易受外界环境影响等问题。
而相比传统电能表，基于微处理器的智能电能表具有计量准确、可编程等优势。
MSP430是德州仪器推出的一种低功耗、高性能的芯片，在智能电能表设计中应用较为广泛。
二、研究内容本次设计研究将基于MSP430芯片来设计智能电能表，包括以下内容：1. 研究智能电能表的计量原理和工作原理，了解MSP430芯片的功能和特点，并进行系统设计。
2. 了解MSP430芯片的编程方法和工具，编写程序实现数据采集、处理、传输和显示等功能。
3. 利用Proteus仿真软件对智能电能表进行仿真验证，检验系统的性能和可靠性。
4. 调试实物电路，测试设计的智能电能表在各项性能指标上的表现。
三、研究意义1. 该智能电能表的设计和应用，对于提高国内大规模能源管理的效率和精确度具有重要意义。
2. 研究基于MSP430芯片的智能电能表，有助于提高学生的电路设计、嵌入式系统编程等综合素质。
3. 该研究成果有望应用于实现智能家居、工业控制等领域，具有广泛的应用前景。
1. 文献阅读法：通过阅读相关的书籍、论文和技术文档，了解MSP430芯片的特点、电能表的计量原理和工作原理等。
2. 实验与仿真法：利用Proteus仿真软件对智能电能表进行仿真验证，并根据实验结果进行后续设计和调试。
3. 调查研究法：调查市场对智能电能表的需求和应用情况，以获取更为全面的设计思路。
五、预期成果1. 完成基于MSP430芯片的智能电能表设计，并进行实验调试验证。
2. 发表学术论文一篇，或申请专利一项。
3. 撰写设计报告并进行答辩，获得通过的成果证书。
六、可行性分析1. 技术可行性：了解MSP430芯片，掌握智能电能表的计量原理和工作原理，熟悉Proteus仿真软件的使用，具备进行本项研究的技术基础。
基于MSP430在三相交流电监测系统中的应用
文章编号:1004—289X(2007)01-0046-03基于M SP430在三相交流电监测系统中的应用罗松涛1 曾兴赠2 彭侠夫2(厦门大学信息科学与技术学院,福建 厦门 361005)摘 要:介绍了以M SP430F149单片机为核心,一种实现电力参数交流采样技术的基本算法,并对其硬件和软件的结构进行了详细地阐述。
该监测设备结构简单、误差小、测量精确、价格低,可以作为测试仪器使用,也可以作为监控装置。
关键词:电力参数;交流采样;M SP430中图分类号:TM764 文献标识码:BA pp licati on of M SP430-based on T h ree-p hase E lectric Pow er M on ito r SystemL UO S ong-tao1 Z EN G X ing-z eng2 P EN G X ia-f u2 (Co llege of Info rm ati on Science and T echno logy,X iam en U n iversity,X iam en361005,Ch ina)A b stract:A basic calcu lating m ethod u sed in A C sam p ling fo r electric param eters w ith M SP430F149single ch i p m icrocom pu ter are in troduced in the paper,and in terp reted the structu re of hardw are and softw are detailedly.T he equ i pm en t is si m p le in con structi on,s m all erro rs,m easu re in p recise and low p rice,w h ich can be u sed as a testing equ i pm en t o r a m on ito r device.Key w o rds:electric param eter;A C sam p ling;M SP4301 引言为了了解电网的运行状况并保证电网安全运行,需要对电能参数进行测量、监控。
基于MSP430单片机的智能电池监测仪
并 可提供 Ｒ ４５远传 功能 。 Ｓ８
１ 引
言
２ 系统 硬 件 设 计
ｏ ａｔ ｒｅ ｎ ｉ ｅ ｆｂ ｔｅ ｓｏ ｌｎ ．Ａ ｏ ｇ ｉ ｉ ｎ ｔ ｏ ｓｕｓ ｄ ｔ ａ ｕ ｅｔ ｏ ｇ ｆｔ ｅ ｂ ｔｅ ｎ ｈ ｅ ｅ ａｕ ｅｓ ｎ ｏ ｉ ｖ ｈａ ｅ ｄ ｖｄｉｇ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｅ ｏ ｍｅ ｓ ｒ ｈｅｖ ｈａ ｅ ｏ ｈ ａｔｒ ａ ｄ ｔｅ ｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｅ ｓ ｒ ｙ ｗｉ ｉ ｔ ｎ ＭＣＵ Ｓｕ ｅ ｏ ｍｅ ｓ ｅ ｔ ｅ ｔｍｐｅａ ｕ ｅ ｏ ｈ ａｔ ｒ ．Ｔｈｅ ｂ ｔｅ ｎ ｅ ａ ｅ ｉｔｎ ｅ ｍｅ ｓ ｅ ｎ 山ｏ ｈ ｉ ｓ ｄ ｔ ａ ｕｒ ｈ ｅ ｒ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｂ ｔｅ ｙ ａ ｔｒ ｉ ｔｒ ｌ ｒ ｓｓａ ｃ ａ ｕｒｍｅ ｔｍｅ ｄ ｙ ｎ ｃ ｎ ｏ ｅ ｃ ｍｅ ｔ ｅ ｉｆｕ ｎ ｅ ｏ ｏｓ ｎ ｎ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ．ｏ ｔ ｉ ｔｂｌ ａ ｕ ｅ ｎ ａ ａ ａ ｖ ｒ ｏ ｈ ｎ ｅ ｃ ｆｎ ｉｅ ａ ｄ ｉｔ ｒｅ ｅ ｃ ｌ ｂ ａ ｎ ｓａ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｄ ｔ ．Ａｎ ｈ ｎ ｔ ｅ ｃ ｐ ｃｔ ｆｔ ｅ ｄ ｔ ｅ ｈ ａ ａ ｉｙ ｏ ｈ ｂａｔｒ ａ ｅ ｃ ｌｕｌｔｄ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｔｅｙ ｃ ｎ ｂ ａｃ ａ ｅ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ山ｅ ｉ ｔｒ ａ ｅ ｉｔｎ ｅｄ ｔ ．Ｆｉａｌ ｎ ｅ ｌｒ ｓｓａ ｃ ａ ａ ｎ ｎｌ ｙ山ｅ ｔ ｓ ｒ ｓ ｌ ｉ ｉｐ ａ ｅ ｎ ＬＣＤ．Ｍｃ ｎ ｅ ｔ ｅ ｕ ｔ Ｓｄ ｓ ｌ ｙ ｄ ｏ ａ—
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基于DSP和430单片机的电能质量分析仪设计
万方数据万方数据第１１期刘小庆等：强力输送带无损检测系统中ｘ光探测卡的设计７３开始信号ｓｒＵ输出正信号ｒｖ而￡厂＿＼ｒ＋、厂—＼广————————一莉丽再］＝！柙门．几ｎ结束信号Ｅ（）ｓ—————————］厂————一图６Ｘ光探测卡工作时序图从图６可以看出，整个电流积分周期开始于复位信号的上升沿后的第８个时钟周期，结束于复位信号的下一个下降沿后的第８个时钟周期。
视频输出信号出现在开始信号ｓＴ的上升沿之后，而ｓＴ信号的上升沿要在复位信号的下降沿后的至少１６．５个时钟出现。
但是以一对差分信号形式出现的模拟输出信号通常会被延时一个积分周期。
这就意味着，在第Ⅳ个积分周期，探测卡输出的是第Ｎ一１个积分周期的结果。
由于ｘ光探测器的工作频率比较高，因此探测卡的时钟信号、复位信号、开始信号和结束信号都是通过总控制板上的ＦＰＧＡ来进行控制的。
４．２探测卡输出视频信号采集结果分析设计在无光和有光的情况下分别对探测卡的输出视频电压信号进行了测试。
在无光的条件下，探测卡输出的视频信号为４Ｖ的恒定直流电压，其大小和输入参考电压相等；在有光的条件下，图像传感器￥３９０４会把光源转换为电流信号，然后经电流积分放大电路和差分电路输出一个差分信号，其幅值为０．５Ｖ左右。
经Ａ／Ｄ转换后采集到的数字信号如图７所示。
从图７可以看出，在无光条件下得到的数字信号集中分布在１０２，而在有光的条件下数字信号集中分布在２，由此可见探■仆颤ｇ嚣肆鬃譬求恨０ｌｏｏｏ２０００３０００４０００５０００６０００采集到的数据个数（ａ）●仆豁雹赢蒜鬃鲁粜棒００９０８０７０６（）５０如３（）２０１０（ｂ）圈７数字信号采集图测卡工作时具有很好的稳定性。
由于设计中用的是２５６通道的光电二极管阵列￥３９０４，而￥３９０４的两端通常会密封的不太好，所以在其两端采集到的数据会出现一些波动，表现在图形上就是每隔２５６个采集点会出现一些小的毛刺，但从根本上来说并不影响探测结果，具有较高的像素分辨率，满足实际应用要求。
基于MSP430的电能检测仪表的设计
Ｓ ｃ 科 ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ 技 Ｔ ｅ ｃ ｈ 视 ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 界 Ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ
基于 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ 的电能检测仪表的设计
郑建 兰 韩 永峰 疏 中凡 （ 安徽 理 工大学 ， 安徽 淮 南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ）
ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｈｅ ｔ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ．Ｐ ｏ ｗｅ ｒ — ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｔ ｏ ｔ ａ ｋ ｅ ｃ ｏ ｓ ｉ ｎ ｅ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ． Ｔ ｈｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ａ ｍｐ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｏ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ． Ａｌ ｓ ｏ ，ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｓ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｚ ｅ ｒ ｏ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｉｓ ｒ ｏ ｎ ｔ ｏ ａ ｂｓ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈａ ｓ ｅ ｄ ｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ． Ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ｉ ｄ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｏ ｒ ｃ ａ ｎ ｓ ｔ ｉ ｌ ｌ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｙ ｔ ｅ ｓ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｎ ｄ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ １ ］
大学经典论文：基于MSP430单片机的便携式动态心电监护仪研制
ｔｏ ｒｅｃｏｒｄ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄａｔａ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｔｉｍｅ ｃｏｕｌｄ
ｒｅａｃｈ １ ｍｏｎｔｈ；Ｕｓｉｎｇ ＵＳＢ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＣＨ３ ７２．ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ
ｔｒａｎｓｍｉｔ ｔｈｅ ｄａｔｅ ｉｎ ｓｔｏｒａｇｅ ｄｅｖｉｃｅ ｔｏ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙ．Ｉｎ ｔｈｅ
ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐａｒｔ，ｕｓｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｈａｓ
ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｏｄｕｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐａｒｔ
ｍａｄｅ ａｎｄ
ｈｅａｌｔｈ．ａｎｄ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙｓ ｔｈａｔ
ｐｒｅｖｅｎｔ ｈｅａｒｔ ｄｉｓｅａｓｅ．ＥＣＧ ｍｏｎｉｔｏｒ ｉｓ ｐｌａｙｉｎｇ ｔｈｅ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ａｍｏｎｇ．Ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ＥＣＧ ｍｏｎｉｔｏｒ ｂａｓｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｅａｔｕｒｅ，
ａｕｔｈｏｒ ｈａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅａｌ．ｔｉｍｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｏｆ ＥＣＧ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ
ｄｉｒｅｃｔ－ｖｉｅｗｉｎｇ ｍｅｎｕ ｓｅｔｔｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ６－ｋｅｙ
ｋｅｙｂｏａｒｄ，ｔｈｅ ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ｉＳ ｓｉｍｐｌｅ；Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｈａｓ ｕｓｅｄ ２ＧＢ ＳＤ ｃａｒｄ
基于MSP430的低功耗仪表系统设计
基于MSP430的低功耗仪表系统设计摘要:目前以计算机为核心的现代电子检测仪表系统发展迅速,被测对象非常广泛。
为了满足数字系统性能不断提高的需求,和高集成度降低芯片生产的成本的需要,开发低功耗多功能的智能仪表系统就显得尤为重要。
本文首先分析研究了影响功耗的各种因素,并以低功耗作为主要目标,开发出一种基于MSP430芯片的通用型多用途低功耗仪表系统。
文中介绍了MSP430芯片的特点,并仔细地分析了软硬件的各功能模块,并进行了优化设计。
关键词: 低功耗, MSP430, 仪表系统Designation of Low Cost Instrument System Based on MSP430XIE MinAbstract: At present modern electrical testing instruments is developing rapidly. Because of the improvement of the digital systems capability and the requirement of the low producing cost, it is so important to develop a all-purpose and muti-function low cost instrument. Aiming at the low system cost, Many factors which affect the system cost were analyzed in the paper, then I give out a new all-purpose and muti-function low cost instrument based on the MSP430.In the article, the characteristics of the MSP430 were introduced, and also the design of the main function module of the hardware and software. At last some optimal and anti-jamming improvements were developed and used in the low cost system.Keywords: low system cost, MSP430, instrument1 引言在科学技术与社会生产高度发达的今天,智能测试仪器与仪器仪表系统发展迅速,被测对象的跨度既广泛又具有多样性。
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基于MSP430的电能质量监测仪设计与实现徐闵，常非（西南交通大学电气工程学院，成都610031）摘要：随着科学技术和国民经济的发展，对电能质量的要求越来越高，电能质量越来越显示其重要性。
本文设计的交流电网节点参数分析仪以TI出品的16位单片机MSP430F1611为主控芯片，能将节点的工频交流电压、电流的频率、有效值、失真度、相位差、功率及功率因数等参数通过液晶屏显示，并可通过触摸屏实现菜单设置。
经与标准仪器比较，本仪器的频率、有效值及功率测量误差在0.05%以内，失真度、相位差及功率因数测量误差均在1%以内，是良好的电能质量监控问题解决方案。
关键词：MSP430；准同步采样；快速傅里叶变换；电能质量监控Design and Implementation of Power Quality Monitor on MSP430XU Min，CHANG Fei（School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan, China）Abstract：With the development of science and technology and national economy, the demand for power quality is increasing and power quality plays an increasingly important role. The analyzer based on the 16-bit microcontroller MSP430F1611which produced by Texas Instruments can display the frequency, RMS, distortion, phase difference , power, power factor of AC voltage and current through the LCD screen and can set the menu through the touch screen. Compared with the standard instrument, the measurement error of instrument’s frequency, RMS and power is less than 0.05%, distortion, phase difference and power factor is less than 1%. It is proved a good solution to the problem of power quality monitoring.Keywords：MSP430；quasi-synchronous sampling; FFT; power quality monitoring.0 引言随着社会的进步、国民经济的发展，电力在经济生活中扮演着越来越重要的角色，电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。
本文设计的交流电网节点参数分析仪以TI出品的16位单片机MSP430F1611为主控芯片，充分利用片上计数器，在采用多周期同步测量法得到交流信号频率的基础上，对电压电流变换器转换出的电压、电流两路信号，经自动增益（可编程放大、衰减）电路、信号极性变换、抗混叠滤波器等信号调理后，利用片上的A/D转换器对信号进行离散化，经128点准同步采样，测得实时信号波形，并通过快速傅立叶变换得到频域测量数据，即电压、电流信号的各次谐波分量。
由采集数据进一步分析计算得到该节点的工频交流电压、电流的频率、有效值、失真度、相位差、功率及功率因数，并通过液晶屏作为人机界面显示，可通过触摸屏实现菜单设置。
同时仪器通过片上D/A转换器输出50Hz的由用户指定的标准正弦波、三角波、锯齿波、方波，可实现仪器的校验。
1 硬件设计通过人机接口接收用户的输入，并据此调整仪器的工作状态。
先由用户选择输入模拟信号的量程，分为小信号模式和工频信号模式(电压范围：0~250V，电流范围：0~5A)，小信号模式为直流耦合，供设计人员调试校验用；工频信号模式为交流耦合，供实际测量用。
电压和电流两路信号经过由FET运放OPA2132组成的电压跟随电路实现高阻变换；之后流过信号调理部分的可编程放大部分，并在信号上附加标准直流偏置。
之后利用MSP430F1611片上的高速A/D对两路信号进行离散化和准同步采样并通过快速傅里叶变换得到频域测量数据，最终测得时域中的信号波形图、频域中的信号各次图1 总体硬件设计框架图谐波分量功率谱。
由这些数据计算分析得到该节点工频交流电压、电流的频率、有效值、失真度、相位差、功率及功率因数，并通过液晶屏作为人机界面显示。
各个模块本身功能的实现以及相互之间的切换，可通过液晶触摸屏按键并进行相应的键值处理来完成。
1.1单元电路设计1.1.1 可编程增益放大电路设计由于在闪变和失压等情况下输入电压幅值会产生较大幅度波动，若采用固定增益信号调理将会导致ADC的允许输入幅值被浪费从而导致的离散采样输出结果离散步进偏大使得测量精度下降情况。
因此在信号调理单元中使用可编程放大器实现对信号输入量程的自动跟踪。
本设计采用TI公司的可编程增益放大器THS7002，其采用Power PAD封装, 每一个芯片上封装双路PGA，每路PGA都包含分离的低噪声前置放大器和增益放大级，而且此器件具有非常宽的供电范围为±4.5 V to ±16 V 和非常低的噪声电平1.7nV/√Hz。
为了能够充分利用THS7002的优异性能，在电路设计中，我们利用其前端放大器组成电压跟随，提高其输入阻抗和消除共模干扰，再接到后端的可编程放大器，根据信号的强弱，用单片机控制THS7002的增益倍数，将信号进行适当放大或衰减。
同时根据电路设计情况，我们取用±12V供电。
电路图如下所示：图2 可编程增益放大电路1.1.2 直流偏置电路：由于单片机内的ADC只能采集直流信号，且其输入范围为0~2.5V,所以必须要加一个直流偏置电路将电压整体调高到ADC 的输入范围。
根据设计要求，我们采用TI 公司的可编程增益差动放大器INA145，其具有差分输入,片内集成高精度电阻,很高的共模输入。
在电路设计中，我们取用INA145的A1组成的加法电路,取得了很好的效果，不但可以有效消除来自上一级放大电路的噪声和插入失真，；而由A2组成的电压跟随电路,使其具有很低的输出阻抗。
电路图如下所示：图3 直流偏置电路1.1.3 低通滤波器电路为抑制信号上的高频噪声、减轻后期FFT处理后的频谱泄漏和采样抗混叠，有必要在ADC取样前，使用低通滤波器。
本电路由MAX275 组成的2阶截止频率为3.1KHz的Butterworth滤波器，其幅频响应在通带中具有最平幅度特性。
电路图如下：图4 低通滤波器电路1.1.4周期测试电路:信号使用零比较器LM393实现频率触发到TTL电平的转换，再经过由NE555组成的施密特触发器整形，从而构成周期测量器。
该电路具有结构简单、精确度高及抗干扰能力强等优点。
考虑用硬件电路实现对电压、电流信号相位的测试，这样可以简化编程，但是要两路信号经过检波后，要得到完全相同的占空比和幅度，难度非常大，对器件的要求较高，而且电路的偏移不定使得即使调整好原器件的数值，经过一段时间后又会改变，所以我们最后不得不舍弃这种方案。
而取用软件实现，通过FFT得到频域测量数据，然后由这些数据计算分析得到相位差。
图5 周期测试电路1.1.5电量隔离传感器和电源输入为工频电压0V~250V和电流0~5A 的交流信号或者电网电压时，采用电量隔离传感器对电压电流信号进行转换。
电量隔离传感器的优点是电路简单，且不需要单独的电源过载能力强，寿命长。
缺点是其只能测量正弦交流。
本设计采用西南自动化研究所研究的WBCPT41E901 0.1级电量隔离传感器做电气隔离和电量变换。
此传感器线性度好、精度高、工频相移小。
1.1.5.1 电池电源供电部分本设备从电网侧220V交流取电，同时提供备用电池，以便在没有220V交流电源时使用或在电源突然断开时保护测量数据，为使用者提供方便。
主电源电路原理如下图所示：图5 主电源电路图220V交流电经变压器，再经整流后得到大约11V的直流，然后通过D1、集成稳压管7805然后滤波得到+5V的电源。
BT1为断电保护备用电池，此电源为12V可充电电池，当用220V交流供电时，三极管TIP122截止，电池不为7805供电，此时电池只为运放供电，静态电流约为10mA左右，当未接220V交流电时，运放U3B的负端电压小于正端电压，运放输出高电压，此时TIP122导通，电池为7805供电。
当电池电量过低是，运放U3B输出高电压，LED1点亮，提醒用户电量过低需要充电。
2系统的软件设计2 .1 软件框架设计2.1.1 后台程序设计为尽量维持系统的实时性以及最大化CPU的效率使用，系统采用前后台结构设计以避免CPU软延时带来的性能空耗。
后头设计过程中引进操作系统中“任务”的概念，通过声明一个Task枚举为每一个任务编号，并使用一个enum Task型的数组mainTask存储任务的LIFO序列。
后台程序为一个循环，顺序从mainTask数组中将任务依次弹出并调用相应函数执行，当mainTask为空时默认将CPU转入低功耗状态，mainTask数组的数据压入则由前台中断程序进行。
由于前台程序不涉及过于复杂的函数调用和优先级判断，这里省去了消息及对应响应(MESSAGE)的设计，直接按状态转换表由相应的中断做简单判断将任务压入任务队列。
任务间切换使用时间片轮转法。
时间片长为25ms，中断源为片上定时器。
2.1.3任务设计Fig4.4 任务衔所有涉及的任务在Task枚举中集中体现，依序表示为：初始化状态下mainTaskFig4.1 后台程序流程数组全为0，即空(IDLE)状态。
如后台设计中所述，任务间的衔接由前台中断控制，理想情况下的任务衔接如图所示，我们用这样的方式分离IO操作和CPU运算操作，实现CPU和IO的同步工作，提高CPU的时间片使用率。
在本系统中，TIMERA中断前台为任务衔接的核心。
3.2信号处理程序设计3.2.1信号量程自适应MSP430单片机电源为3.3V供电，因此为保障单片机正常工作，我们ADC参考源采用片内 2.5V基准，这限制了在单片机ADC信号源端收到的信号幅值必须控制在0~2.5V范围，为解决这一问题，我们采用了TI公司的可编程运放THS7002(对该PGA芯片的介绍详见硬件部份)，并在ADC输入端加过压保护。