摘 要：以TI公司的MSP430F149芯片为主控制器，以JS-1800单总线型传感器为沉降位移测量单元，完成了数据的采集、存储和无线发送等功能。首先介绍了系统的整体设计，然后详细介绍了硬件电路设计，最后给出了控制流程图。该采集系统功耗低、结构简单，已在某高速公路上得到成功应用。
关键词：MSP430F149；数据采集；沉降监测

　针对高速公路上没有稳定的供电电源，也没有相关人员经常去采集数据和维护设备等特殊情况，本文设计了一种功耗低、使用方便，具有采集、存储和无线发送等功能的数据采集系统。
1 系统总体结构
　数据采集模块通过沉降传感器获得沉降位移数据，将数据存储在微处理器中，然后通过微处理器的串口传输到GPRS模块，并将数据发送到上位机。此外，采集模块还要通过GPRS网络接收来自上位机（监测中心）的数据，对采集模块一些参数进行设置[1]。数据采集系统总体框图如图1所示。

2 硬件设计[2-3]
2.1 微处理器模块
　本系统采用蓄电池供电，而且需要长时间工作，一般3个月更换一次电池，因此系统的低功耗设计是首先要考虑的问题。MSP430F149微处理器的超低功耗性能正好满足了这一需求，而且能通过硬件和软件的设计进一步降低系统的功耗，满足长时间自动采集、存储和发送数据的要求。
微处理器电路是整个系统的核心控制部分，主要完成与其他电路的连接、数据采集和存储、通过串口与GPRS的通信、I/O控制和一些参数的设置等功能。
在时钟设计上，考虑到低功耗要求，MSP430F149微处理器采用一个32 kHz的时钟信号。
2.2 电源模块
　整个系统采用一个12 V蓄电池为电源，采用对MSP430供电、对传感器供电和对GPRS供电3套供电模式，系统现场供电电源框图如图2所示。MSP430和外围设备采用不同的供电模式，当MSP430在休眠时，可以通过控制I/O口和相应的电路来切断外围器件的供电，进一步降低系统的功耗。下面介绍MSP430供电模块电路，其他两种供电模式在后面介绍。

　SPD接口1、2、3与传感器的3个接口相连，分别是电源正（SPWR+）、电源负（DGND）和信号线（TRH）。SPWR+由MSP430引脚P4.2控制，低电平时，光电二极管、SPT导通，电源电压U_VCC经过LM7805电压变为5 V（SPWR+），给传感器供电进行信号采集，传感器经过单总线TRH和MSP430交换信号。
2.4 串口通信与GPRS电路
　本系统的串口模块主要是通过GPRS模块与上位机进行通信，通信的示意图如图6所示。

3 程序设计
　本系统的采集模块通常情况下一直处于休眠状态，此时，整个系统的功耗很低，当设置的定时到来时，才将单片机唤醒，然后接通GPRS电源，完成数据的采集、存储及发送，在完成一个采集-存储-发送流程后，通过I/O口断开相关电路，再次进入休眠状态。程序框图如图9所示。

　本系统采用超低功耗的MSP430F149为中央处理器，并对系统硬件（主要是电源系统）和软件进行了优化设计，使系统的功耗非常低。采用单总线型采集单元和GPRS无线传输，系统结构简单、操作方便，能很好地适应野外环境下的数据采集与处理。
参考文献
[1] 王福瑞，等.单片机测控系统设计大全[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999.
[2] 求是科技.单片机典型模块设计实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2004.
[3] 秦龙.MSP430F149单片机应用系统典型实例[M].北京：中国电力出版社，2005.
[4] 莫言.单总线（1-WireBus）技术及应用[J].电子制作2006，12：1-10.
[5] Sipex公司.Data Sheet of SP3220[Z].2007.
[6] ST Microelectronics.Data Sheet of M25P80[Z].2007.