基于MSP430F149單片機(jī)的炮兵氣象儀設(shè)計(jì)

　　針對(duì)目前采用的簡(jiǎn)易氣象綜合觀測(cè)儀，存在著實(shí)時(shí)性差、精度不夠、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)以及不能直接計(jì)算射擊條件修正量和地面風(fēng)修正量等諸多問(wèn)題，本文提出基于MSP430F149單片機(jī)設(shè)計(jì)一種炮兵氣象儀，以滿(mǎn)足炮兵分隊(duì)射擊時(shí)的簡(jiǎn)易氣象條件和火箭炮地面風(fēng)修正的需要。

　　氣象儀的功能和基本工作原理

　　氣象儀的功能包括：①實(shí)時(shí)測(cè)定風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫和氣壓等氣象條件，為炮兵射擊提供簡(jiǎn)易氣象條件修正量；②實(shí)時(shí)測(cè)定火箭炮陣地的地面風(fēng)向和風(fēng)速，為火箭炮分隊(duì)提供地面風(fēng)修正量。

　　炮兵氣象儀用于實(shí)現(xiàn)地面氣象條件風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓的自動(dòng)測(cè)量和射擊條件修正量及火箭炮地面風(fēng)修正量的自動(dòng)計(jì)算。其基本工作原理是：將氣象儀與處理機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)相連，通過(guò)升降桿將氣象儀升至要求的高度后，風(fēng)的作用使風(fēng)標(biāo)指向風(fēng)吹來(lái)的方向，磁方位傳感器即感應(yīng)出風(fēng)向磁方位角；風(fēng)速葉輪隨風(fēng)速以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)一圈即產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)即可計(jì)算出風(fēng)速；氣溫、氣壓傳感器感應(yīng)出當(dāng)時(shí)的氣溫和氣壓。以上數(shù)據(jù)經(jīng)氣象儀數(shù)據(jù)處理后傳輸給處理機(jī)，處理機(jī)按要求以固定格式顯示。氣象儀組成如圖1所示。

　　圖1 氣象儀組成框圖

　　氣象儀硬件設(shè)計(jì)

　　氣象儀的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)大氣壓力、溫度、風(fēng)向和風(fēng)速的實(shí)時(shí)測(cè)量，由壓力傳感器、溫度傳感器、風(fēng)速傳感器、磁方位風(fēng)向傳感器、數(shù)據(jù)采集與處理電路、風(fēng)標(biāo)、連接座等組成，其基本設(shè)計(jì)思想是在滿(mǎn)足精度和使用環(huán)境要求的前提下，體積小、重量輕，便于野戰(zhàn)條件下使用。

　　傳感器的選型

　?。?）壓力、溫度傳感器

　　壓力和溫度傳感器采用帶預(yù)處理電路的模擬輸出傳感器，以簡(jiǎn)化后續(xù)電路的設(shè)計(jì)。

　　壓力傳感器選用美國(guó)Honeywell公司的ASDX015絕壓傳感器。

　　溫度傳感器選用美國(guó)Dallas公司推出的基于單總線(xiàn)技術(shù)的數(shù)字溫度計(jì)芯片DS1820，便于調(diào)整傳感器的位置和方向，使其能有效感應(yīng)外界溫度。

　　（2）風(fēng)速傳感器

　　對(duì)于風(fēng)速的測(cè)量，可以選用的傳感器種類(lèi)很多。綜合比較后，選用葉輪式風(fēng)速傳感器，利用霍爾效應(yīng)測(cè)量風(fēng)速。該方式與光電編碼相比更可以做到氣象儀整體小巧、結(jié)構(gòu)緊湊，攜帶使用方便。

　　（3）風(fēng)向傳感器

　　磁方位傳感器，也就是通常所說(shuō)的電子羅盤(pán)，軍用、民用產(chǎn)品比較多。本文選用由平面電子羅盤(pán)XW3200和風(fēng)標(biāo)組成磁方位風(fēng)向傳感器。

　　該傳感器通過(guò)兩軸磁阻傳感器測(cè)量平面地磁場(chǎng)，雙軸傾角補(bǔ)償，內(nèi)置微處理器計(jì)算傳感器與磁北夾角，兩軸磁阻傳感器的方向受風(fēng)標(biāo)的帶動(dòng)，始終指向風(fēng)吹來(lái)的方向，則其輸出的角度即為風(fēng)向磁方位角。整個(gè)測(cè)量過(guò)程無(wú)需定向，操作簡(jiǎn)便靈活。

　　電路設(shè)計(jì)

　　氣象儀的電路設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)風(fēng)速傳感器輸出的脈沖序列進(jìn)行單位時(shí)間計(jì)數(shù)，對(duì)壓力傳感器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，基于單總線(xiàn)技術(shù)讀溫度數(shù)據(jù)，接收風(fēng)向磁方位傳感器通過(guò)RS-232S輸出的數(shù)據(jù)及與處理機(jī)互傳數(shù)據(jù)等。

　　主控芯片簡(jiǎn)介

　　數(shù)據(jù)處理部分采用MSP430F149作為系統(tǒng)的主芯片，該芯片是美國(guó)TI公司推出的超低功耗微處理器。MSP430F149有60KB+256字節(jié)FLASH，2KB RAM，包括以下模塊：

　?、倩?a href="http://ttokpm.com/tags/時(shí)鐘/" target="_blank">時(shí)鐘模塊：包括1個(gè)數(shù)控振蕩器（DCO）和2個(gè)晶體振蕩器。

　　②看門(mén)狗定時(shí)器Watchdog Timer，可用作通用定時(shí)器。

　?、蹘?個(gè)捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時(shí)器Timer A。

　?、軒?個(gè)捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時(shí)器Timer B。

　?、?個(gè)具有中斷功能的8位并行端口：P1和P2。

　?、?個(gè)8位并行端口：P3、P4、P5和P6。

　?、吣M比較器Comparator A。

　?、?2位A/D轉(zhuǎn)換器ADC 12。

　　⑨2個(gè)串行通信接口USART0與USART1。