超低功耗倾角测量仪.doc

摘要： 本文介绍了一种基于。该系统采用关键词：Abstract: This paper introduces an ultra-low power consumption based on MSP430G2553 inclination measuring instrument. The system uses 100UF Electrolytic capacitor power supply, switching power supply chip capacitor 25V DC to 3.3V system power supply. By the triaxial accelerometer measurement inclination, and AD step angle value is passed to the microcontroller, angle information via the LCD. The capacitor single charge the 25V, the system work approximately one minute. The button control measurements, each measurement interval 5S. Keywords:Inclination measurements, ultra-low power consumption, capacitor-powered ，display 系统方案 一．总体方案整个电路系统分为、、个模块。首先5度。 二．方案论证与选择 1. 单片机的选择： 方案一：采用89C51。51单片机比较经典，运用起来比较熟练。但是51单片机预算速度较慢，且功耗较大。 方案二：采用MSP430G2553。MSP430G2553单片机为16位单片机，运算速度快，引脚精简且外围电路较少，具有内置AD。且具有超低功耗的低功耗模式，恰好适合题目设计要求。 考虑题目要求采用电容供电，系统应具有低功耗的特点，所以决定选择MSP430G2553单片机作为主控芯片。 2. 显示模块的选择： 方案一：采用LCD12864，LCD12864具有串行和并行两种数据传输方式，运用较多操作熟练，但是液晶屏功耗较大，不符合题目要求低功耗特点。 方案二：采用LCD1602。成本较低，而且屏幕较小，相对功耗低，但是只能进行并行通信，占用单片机IO口较多。 方案三：采用NOKIA5110。此款液晶屏具有小巧的特点，且可进行串行通信。持续工作电流只有200uA,具有低功耗的特点，操作简单，符合题目设计要求。 综上，选择方案三。 3. 供电模块的选择： 方案一：采用1117降压电路，1117可将25V降至3.3V电供系统使用，但是其工作效率低，不符合题目低功耗的特点。 方案二：采用TI公司的tps54331。此为开关电源，具有降压稳压的特点，并且效率较高，具有低功耗的特点，承负载的能力较强，基本符合本系统的使用要求。 方案三：采用TPS7a4001芯片，此芯片相对54331，此芯片具有更低的功耗和更高的效率，很大程度的解决了系统低功耗问题，使电容可以更持久的供电。但是在测试过程中发现，其实际工作效率不如54331，所以不采用此芯片. 综上，选择方案二。 4.AD采集模块的选择： 方案一：采用单片机内部AD，单片机内部AD为十位，无法按照题目要求将测量角度分辨率精确到0.1。 方案二：采用外部12位或者16位AD，精确度高，完全能符合要求，但是实验室找不到低功耗三通道AD，而且外加AD芯片会使系统功耗升高，故此方案不采用。 综上，方案一会使分辨率降低，但是不会影响测量精度太多。而方案二会使系统功耗升高，无法满足系统工作一分钟的要求。决定以功耗为先，选取内部10路AD。 理论分析与计算 倾角计算方式 参阅MMA7361L PDF 可知，传感器三轴加速度值即为， ……………………………………………..式1 式1中为xyz任意一轴输出电压，为基准输出电压，q为传感器精度。 倾斜角角度值的取得分为两步，第一是公式（见式a）计算，第二步为误差补偿。  ………………………………………….…式2 …………………………………………….式3 式2中为传感器x轴加速度，为传感器y轴加速度，式3中为传感器z轴加速度，为x轴y轴合加速度，为所测斜面倾角。 由于传感器输出电压的误差，加之角度与输出电压并非线性关系，我们采用分段补偿的方法校准角度输出。取[，]为补偿角度范围，为对应的实际角度，则对该范围内任意角度x的线性化补偿修正值X为 ………………………………...式4 X即为所得斜面倾角值。 理论