基于MSP430的低功耗水文遙測終端機實現

水文遙測系統通常由終端機、中繼站和中心站三部分組成。現有的水文遙測系統終端機通常采用MCS51微控制器作為控制芯片并配以較多的模擬電路和邏輯門電路，其設計復雜，功耗和可靠性難以得到保證。MPS430具有很多優勢：它能夠工作在1.8～3.6V的寬電壓范圍內;在1MHz時鐘、2.2V電壓的典型工作條件下，靜態電流僅為 225μA;具有5種低功耗工作模式，在不同的模式下消耗電流為 0.1～340μA，用中斷方式將微控制器從低功耗模式喚醒至激活模式下，僅需要6μs。本文以MSP430F147作為控制芯片，同時結合其他外圍低功耗器件分別從硬件和軟件兩個方面介紹一種新型低功耗終端機的設計。

　　終端機工作原理

　　終端機采用自報工作方式，在雨量或水位數據沒有變化時處于低功耗的值守模式，此時CPU、主時鐘(MCLK)以及內部數字振蕩器(DCO)均不工作，微控制器僅由低速輔助時鐘(ACLK)來驅動，系統功耗很低。當水位或雨量變化一個單位或定時發送時，便會使微控制器立即進入激活模式，并且啟動FM發射機發送一次數據，數據發送完后再轉入低功耗模式，直到下一次發送數據。終端機除具有雨量、水位、定時發送等基本功能外，為了便于維護，還具有強發和編程功能，各個功能的描述如下。

　　雨量發送

　　當雨量計產生一個通斷信號時，由雨量傳感器輸出一個具有一定寬度的雨量脈沖信號，此信號作為外部中斷，喚醒處于低功耗模式的微控制器，在6μs內微控制器轉入激活工作狀態，并控制供電電路給處于掉電狀態的電路和FM發射機供電，使之上電工作。此時微控制器將檢測到的雨量信號進行累加和保存，并讀入測量站站址和電池狀態，將以上數據裝幀后傳送給FM發射機，由FM發射機將數據發送給中繼站，發送完畢后控制相關電路掉電后轉入低功耗模式工作。

　　水位發送

　　與雨量發送的過程相似，水位發送只是當微控制器檢測到水位脈沖信號后，從水位計上讀入此時的水位值，并與上次所讀入值相比較。若有變化則讀入測量站站址、電池狀態后發送數據;若無變化則直接返回低功耗模式工作。

　　定時發送

　　微控制器由內部定時中斷喚醒后，首先讀入編程開關狀態，依據編程開關設置確定由EEPROM中讀入水位數據還是雨量數據，然后再發送。

　　強發功能

　　按下強發鍵并持續0.5s將迫使終端機發送數據，以此達到維護和檢查終端機的目的。

　　編程功能

　　通過外部DIP編程開關，可以對終端機的站址、是否清除已有數據以及定時發送何種數據進行編程設置。由于外部EEPROM存儲器的擦寫次數有限，“清除”可使外部EEPROM內的數據更換新地址，從而延長其使用壽命。同時還可以通過此開關設置定時發送水位數據還是雨量數據，或者兩者一起發送，從而使終端機配置水位終端機、雨量終端機或者水文終端機。

　　硬件電路設計

　　由于硬件電路是主要的耗電部分，故在芯片選擇和電路設計過程中主要考慮低功耗的因素。終端機硬件電路如圖1所示，雨量、水位和電壓信息分別通過各自的傳感器接到微控制器的I/O口，微控制器對這些數據進行采集，然后進行相應的處理。

　　(1) 控制單元

　　整個硬件電路的核心是MSP430F147微控制器，它控制各個單元協調工作，是整個電路主要的耗電部分，對它的功耗控制主要是系統交替工作于高速、低速兩種時鐘和通過軟件設置其不同工作模式來完成，這兩部分的設置和實現將在時鐘電路和軟件設計部分介紹。