本發(fā)明涉及溫度測(cè)溫領(lǐng)域，特別是針對(duì)溫度變化會(huì)使慣性導(dǎo)航器件產(chǎn)生溫度漂移，從而對(duì)器件的精確度造成一定影響的問題，對(duì)光纖陀螺羅經(jīng)測(cè)溫電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體涉及基于MSP430單片機(jī)的羅經(jīng)測(cè)溫電路。

背景技術(shù)：

在對(duì)慣性導(dǎo)航器件的研究過程中，非常重要的一部分是對(duì)由于外界因素引起的誤差進(jìn)行校正與補(bǔ)償，使誤差造成的影響盡可能的減少。溫度漂移造成的誤差會(huì)對(duì)器件的精確度產(chǎn)生一定的影響，減小溫度變化對(duì)慣性導(dǎo)航器件精度的影響就需要對(duì)溫度進(jìn)行控制，而最重要的環(huán)節(jié)之一就是對(duì)羅經(jīng)的溫度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量之后再通過對(duì)溫度的控制來減小因?yàn)闇囟茸兓斐傻挠绊懀粤_經(jīng)測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)對(duì)于抑制溫度漂移造成的誤差是有非常重要的意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供基于MSP430單片機(jī)的羅經(jīng)測(cè)溫電路，可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度的控制，為溫度控制提供基礎(chǔ)，對(duì)誤差進(jìn)行校正補(bǔ)償，減少由溫度漂移引起的誤差。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

基于MSP430單片機(jī)的羅經(jīng)測(cè)溫電路，包括橋式電路測(cè)溫電路部分、放大器電路部分、單片機(jī)部分和串口發(fā)送電路部分；所述橋式電路測(cè)溫電路部分連接放大器電路部分，放大器電路部分連接單片機(jī)部分，單片機(jī)部分連接串口發(fā)送電路部分。

所述橋式電路測(cè)溫電路部分采用多個(gè)Pt1000熱敏電阻。

所述放大器電路部分采用多個(gè)INA118放大器。

所述單片機(jī)部分采用MSP430單片機(jī)，MSP430單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC12轉(zhuǎn)換模塊，MSP430單片機(jī)的串口通信采用USART串口。

所述串口發(fā)送電路部分采用RS485傳送數(shù)據(jù)，RS485的芯片為MAX13442E。

所述Pt1000熱敏電阻模擬測(cè)量羅經(jīng)的X、Y、Z三軸的溫度，把羅經(jīng)溫度的變化轉(zhuǎn)換成鉑電阻的阻值變化，鉑電阻測(cè)溫部分采用了橋式電路測(cè)溫電路部分，由橋式電路測(cè)溫電路部分可以把電阻值的變化轉(zhuǎn)變成電壓值的變化，之后經(jīng)過放大器INA118，INA118放大器把電壓放大之后給了MSP430單片機(jī)的模數(shù)模塊的模擬采樣通道，采樣通道連接MSP430單片機(jī)內(nèi)部的ADC12轉(zhuǎn)換模塊，模擬量通過MSP430單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，把模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)的USART串口發(fā)送，再經(jīng)過串口電路發(fā)送到PC機(jī)端的串口調(diào)節(jié)器，從而實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，并且能夠達(dá)到0.1oC的測(cè)溫要求。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的基于MSP430單片機(jī)的羅經(jīng)測(cè)溫電路，可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度的控制，為溫度控制提供基礎(chǔ)，對(duì)誤差進(jìn)行校正補(bǔ)償，減少由溫度漂移引起的誤差。

本發(fā)明的基于MSP430單片機(jī)的羅經(jīng)測(cè)溫電路，利用熱敏電阻在低溫時(shí)溫度和阻值成正比的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)測(cè)量溫度，把溫度的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化。接著經(jīng)電橋電路把阻值變化轉(zhuǎn)化成電壓變化，同時(shí)把溫度的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電壓值的電信號(hào)。然后經(jīng)放大器放大電壓，輸入到MSP430單片機(jī)模數(shù)模塊的模擬采樣通道，再由MSP430單片機(jī)內(nèi)部ADC12模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，并通過USART輸出到串口調(diào)試器，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。另外，PC機(jī)對(duì)單片機(jī)發(fā)送出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和處理，并存儲(chǔ)起來，以便之后讀取數(shù)據(jù)、繪制圖形和分析結(jié)果，并實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和單片機(jī)之間的通信。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 MSP430單片機(jī)組成結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是MSP430單片機(jī)管腳圖；

圖4是橋式電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

如圖1所示，

基于MSP430單片機(jī)的羅經(jīng)測(cè)溫電路，包括橋式電路測(cè)溫電路部分、放大器電路部分、單片機(jī)部分和串口發(fā)送電路部分；所述橋式電路測(cè)溫電路部分連接放大器電路部分，放大器電路部分連接單片機(jī)部分，單片機(jī)部分連接串口發(fā)送電路部分。

所述橋式電路測(cè)溫電路部分采用多個(gè)Pt1000熱敏電阻。

所述放大器電路部分采用多個(gè)INA118放大器。

所述單片機(jī)部分采用MSP430單片機(jī)，MSP430單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC12轉(zhuǎn)換模塊，MSP430單片機(jī)的串口通信采用USART串口。

所述串口發(fā)送電路部分采用RS485傳送數(shù)據(jù)，RS485的芯片為MAX13442E。

所述Pt1000熱敏電阻模擬測(cè)量羅經(jīng)的X、Y、Z三軸的溫度，把羅經(jīng)溫度的變化轉(zhuǎn)換成鉑電阻的阻值變化，鉑電阻測(cè)溫部分采用了橋式電路測(cè)溫電路部分，由橋式電路測(cè)溫電路部分可以把電阻值的變化轉(zhuǎn)變成電壓值的變化，之后經(jīng)過放大器INA118，INA118放大器把電壓放大之后給了MSP430單片機(jī)的模數(shù)模塊的模擬采樣通道，采樣通道連接MSP430單片機(jī)內(nèi)部的ADC12轉(zhuǎn)換模塊，模擬量通過MSP430單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，把模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)的USART串口發(fā)送，再經(jīng)過串口電路發(fā)送到PC機(jī)端的串口調(diào)節(jié)器，從而實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量，并且能夠達(dá)到0.1oC的測(cè)溫要求。

實(shí)施例2

MSP430單片機(jī)的CPU與外設(shè)

MSP430單片機(jī)主要包含了CPU和外圍設(shè)備，外圍設(shè)備有存儲(chǔ)器模塊、時(shí)鐘源模塊、比較器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、串口模塊等的模塊。

CPU

MSP430單片機(jī)的CPU采用正交的精簡(jiǎn)指令集，包含有的算術(shù)邏輯部分是16位、寄存器有16個(gè)、還有指令控制部分。寄存器包含特殊的功能寄存器有4個(gè)還有通用寄存器，特殊功能寄存器是程序寄存器、堆棧指針、狀態(tài)寄存器和常數(shù)發(fā)生器。程序寄存器表示并存有下一條即將執(zhí)行的指令地址，堆棧指針是為了保護(hù)調(diào)用子程序或中斷程序時(shí)的程序計(jì)數(shù)器，也就是保護(hù)程序的現(xiàn)場(chǎng)；狀態(tài)寄存器用來設(shè)置控制CPU的位或者反映出來CPU的狀態(tài)；常數(shù)發(fā)生器則是在執(zhí)行指令的時(shí)候產(chǎn)生需要的常數(shù)。

存儲(chǔ)器

MSP430單片機(jī)采用了“馮?諾依曼”的結(jié)構(gòu)，所以它有相同的地址空間提供給程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，具體是在0000H～FFFFH的地址范圍。由低到高寄存器的地址對(duì)應(yīng)的寄存器依次為特殊功能寄存器、外圍模塊寄存器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器和中斷向量表^[5]。64KB空間里的FFE0H～FFFFH作為中斷向量表的空間。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM從地址是200H的地址空間開始，即可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存也可以成為堆棧使用，另外也可以是供數(shù)學(xué)運(yùn)算的地方^[8]。程序存儲(chǔ)器ROM是用于指令與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，分為中斷向量表、用戶代碼區(qū)和系統(tǒng)BOOT區(qū)。在中斷向量表里存儲(chǔ)中斷服務(wù)子程序的首地址，當(dāng)書寫中斷程序的時(shí)候，程序的入口要求是固定不變且不能隨意分配。

時(shí)鐘源模塊

時(shí)鐘模塊是非常重要的模塊，能夠讓單片機(jī)在不一樣的功耗場(chǎng)合使用，產(chǎn)生多種的時(shí)鐘頻率。時(shí)鐘模塊主要含有高速晶振、低速晶振和數(shù)字控制振蕩器，產(chǎn)生主系統(tǒng)時(shí)鐘、子系統(tǒng)時(shí)鐘和輔助時(shí)鐘三個(gè)時(shí)鐘源供給各個(gè)外圍設(shè)備使用。通常情況下系統(tǒng)的功率損耗與工作頻率是正相關(guān)的，為了實(shí)現(xiàn)低功耗就能夠選用低速晶振；而當(dāng)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)算的要求高時(shí)，可以通過高速晶振產(chǎn)生高的主系統(tǒng)時(shí)鐘；當(dāng)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求高時(shí)，可以用輔助時(shí)鐘?？傊?，需要根據(jù)不同的要求及應(yīng)用選擇合適的時(shí)鐘。

ADC模塊

MSP430單片機(jī)中有些型號(hào)存在有ADC模塊，因?yàn)檫@些AD轉(zhuǎn)換模塊全是12位的，也可以簡(jiǎn)稱為ADC12。ADC12轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換地快速，它內(nèi)部有采用逐次逼近型的內(nèi)核、參考選擇、采樣選擇、轉(zhuǎn)換控制緩沖區(qū)等，并能夠在轉(zhuǎn)換控制緩沖區(qū)存儲(chǔ)16個(gè)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。它的寄存器可以分為轉(zhuǎn)換控制類寄存器、中斷控制類寄存器、存儲(chǔ)控制類寄存器、存儲(chǔ)器類寄存器。模擬信號(hào)能為電壓、電流等電信號(hào)，也能為壓力、溫度、位移、聲音等非電信號(hào)，而非電信號(hào)在AD轉(zhuǎn)換之前，要把輸入信號(hào)經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電壓信號(hào)，這樣模擬信號(hào)才能被單片機(jī)接收進(jìn)行處理。

USART

在單片機(jī)的應(yīng)用過程中，極其重要的一項(xiàng)就是單片機(jī)的串口通信，通過串口的數(shù)據(jù)通信可以完成單片機(jī)和PC機(jī)等其它設(shè)備之間的通信功能。MSP430F1XX系列單片機(jī)進(jìn)行串口通信時(shí)所擁有的是USART串口，這個(gè)模塊對(duì)外進(jìn)行通信，并且在提供異步通信的功能時(shí)作為UART來運(yùn)用，同時(shí)也可提供同步通信的功能，作為SPI來運(yùn)用。串口硬件部分含有波特率、接口、發(fā)送和接受部分等等。波特率部分通過設(shè)置波特率寄存器和調(diào)整器來獲得所需要的傳輸速率。發(fā)送部分是在發(fā)送的時(shí)候產(chǎn)生狀態(tài)信息，能夠設(shè)置并發(fā)送中斷的標(biāo)志位。接受部分在接受的時(shí)候能夠產(chǎn)生狀態(tài)信息，并且設(shè)置相應(yīng)中斷的標(biāo)志位。

I/O端口

MSP430通過端口連接晶振、復(fù)位電路、JTAG等的組成器件，還有根據(jù)需要連接各種擴(kuò)展芯片。MSP430單片機(jī)有6個(gè)端口從P1到P6，而且每個(gè)端口都有8位可以對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立編程，這些端口可以用來數(shù)據(jù)的輸入和輸出，還可以擴(kuò)展MSP430的功能。不僅如此這些端口還擁有各自的豐富的寄存器， P1 和P2各自擁有7個(gè)寄存器，P3到P6則各擁有4個(gè)寄存器，經(jīng)過對(duì)相應(yīng)的寄存器及其位進(jìn)行設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)很多不同的功能。各個(gè)端口的管腳都可以各自進(jìn)行程序的編寫，可以根據(jù)需要隨意的設(shè)置輸入和輸出，P1和P2的管腳可以設(shè)置作為中斷程序的連接管腳，還可以對(duì)字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行普通輸入和輸出功能。

實(shí)施例3

橋式電路

利用鉑電阻測(cè)溫的橋式電路，電橋電路把阻值變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化,輸出的電壓為：

實(shí)施例4

INA118工作原理

INA118有較高的精確度、很小的功率損耗、較高的共模抑制比、很大的頻率帶寬等這些優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)各式各樣小的信號(hào)進(jìn)行放大。INA118內(nèi)部含有的電流反饋結(jié)構(gòu)很特別，這樣即使是在很大的增益時(shí)通頻帶寬也可以達(dá)到很大。INA118是差分放大的結(jié)構(gòu)，是通過三個(gè)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的，電壓輸入的一端具有過電壓保護(hù)，可以在發(fā)生過載時(shí)進(jìn)行限流，保護(hù)電路的安全；在外面可以連接不一樣阻值的電阻來達(dá)到各種放大倍數(shù)。

INA118需要在外接一個(gè)增益電阻以達(dá)到一定的放大倍數(shù)，而是否穩(wěn)定、是否發(fā)生溫度漂移都會(huì)對(duì)放大倍數(shù)的大小產(chǎn)生影響，所以在高精度增益的場(chǎng)合時(shí)對(duì)電阻的要求很高，此時(shí)就要利用精準(zhǔn)度較高、噪聲較小的金屬薄膜電阻。另外，當(dāng)要實(shí)現(xiàn)較高增益時(shí)，忽視電阻會(huì)讓增益的大小產(chǎn)生大的偏差?？梢赃M(jìn)行改善的方法是拿可以調(diào)節(jié)的電位器來充當(dāng)，調(diào)節(jié)電位器就可以讓輸出和輸入的電壓之間的比值實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需求的。

INA118的選擇

INA118放大器的主要性能參數(shù)有：電源電壓為：±1.35V～±18V；輸入過電壓保護(hù)電壓為：±40V；穩(wěn)定時(shí)間為：?jiǎn)挝辉鲆鏁r(shí)為25us；工作溫度范圍為：－40℃～85℃；封裝形式為：8腳DIP。因此INA118有很高精確度、較小的功率損耗、較高共模抑制比，對(duì)于小信號(hào)的放大很方便，并且也能夠達(dá)到羅經(jīng)工作的環(huán)境溫度，對(duì)其進(jìn)行溫度的測(cè)量。另外模擬量的轉(zhuǎn)換是通過MSP430單片機(jī)的ADC模塊實(shí)現(xiàn)的，它的工作電壓的是1.8V到3.6V，通常選擇3.3V，INA118也可以選擇3.3V，這樣在設(shè)計(jì)電路、制作電路板時(shí)不必出現(xiàn)太多種類的電壓而使電路太過繁瑣。