多功能定位导航与环境信息检测仪设计报告.doc
18页1、2008(第三届)四川省大学生电子设计竞赛多功能定位导航与环境信息检测仪设计与总结报告 摘要本设计用了MSP430F247、OPA2365 、TLV5616和TPA701四种TI公司芯片,其中前三种是本次竞赛TI公司提供赞助的。系统由MCU、电源管理电路、传感器、键盘与LCD显示电路、数字音乐存储与播放电路、GPS模块构成。MCU为MSP430F247芯片,该芯片具有功耗低、速度快、控制方便、端口丰富等特点,非常适合便携式系统;电源管理电路使该系统可工作在3.5V到5V范围,可实现不同部分电路电源单独开关控制,尽可能的降低功耗,系统待机工作电流为4.4mA。系统除了能测量温度、湿度、海拔、经纬度、大气压、移动速度外,还有指南针、运动轨迹描绘、时间、万年历查询、秒表、音乐播放功能,另外用户可以设置闹钟,预置温度、海拔,一旦测量结果超过预置值,系统立即进行声音加显示同步报警,实现智能提醒目的。系统功能强大,性价比高,用LCD做显示,结合菜单显示方式以及独立式键盘控制,操作方便简洁。一、方案论证1、主控芯片选择根据设计的功能,我们需要MCU提供串口、丰富的IO口、较大的内部程序存储器、较高的
2、处理速度、较多的外部中断源等资源;低功耗性能突出。方案一:AT89S52常用单片机功耗大、速度慢、体积大,不适合这样功能强大的便携式系统。方案二:MSP430F2011速度块、体积小、但内部资源太少,无法实现该系统强大的功能。方案三:MSP430F247功耗低、速度块、体积小、内部资源丰富(4个串口、4个定时器、48个I/O接口其中包括16个中断I/O接口以及32KB+256BFlash 存储器, 4KB RAM等)。由于MSP430F247含有丰富的内部资源,以及高效的处理速度,因此我们选用MSP430F247作为系统的主控芯片。2、指南针设计方案论证方案一:直接用电磁铁实现,方法简单,但体积大,不便于数值显示方位角度。方案二:使用半导体器件KMZ52,KMZ52是一种专门用于电子指南针的二维磁场传感器。它有精度高、灵敏度高等优点;缺点是外围电路复杂、工作电流极大,不符合低功耗的要求。方案三:使用GPS模块提供的经纬度和方位角,不需要增加其他硬件,通过软件计算实现电子指南针功能,在LCD上实现图形和方位角度显示,调试方便,降低成本。 综合以上比较,为了减少成本、降低功耗、以及调试的方
3、便,我们选择方案三。3、气压测量方案方案一:使用模拟压力传感器MPX4200测量,它有成本低、电路简单、调试方便优点等优点;但精度较低(15 mbar),需要5.1V的电源电压,以及相应的电压输出转换电路,功耗相对较高。方案二:使用数字式气压传感器MS5540B,它有功耗低、测量范围宽(750 1100mbar)、相对误差小(1.5 mbar) 等优点。内含用于温度补偿的温度传感器,环境温度Ta = 25C时绝对压力误差0.5mbar,温度的分辨率可达0.01C ,能够通过补偿后用气压计算海拔高度,提高测量精确度。方案三:使用机械式测量,通过机械检测压力,用指针刻度进行指示,体积较大。综合考虑,由于在系统中我们要通过气压值和温度值计算海拔高度(在GPS不能定位的环境),这就对气压值和温度值的精度要求较高。因此,我们选择方案二。二、系统设计1、总体设计 1) 系统原理框图如图1所示:整个系统由电源模块、GPS模块、气压传感器模块、温湿度传感器模块、时间模块、音乐播放模块、LCD显示模块、键盘和单片机控制模块构成。通过GPS模块获得经纬度、移动速度、海拔高度、时间等信息。设计中增加了DS1
4、302时间模块电路,是在没有GPS信号时能让系统提供精确的时间信息,有GPS信号时自动利用GPS时间信号校准时间,气压传感器MS5540模块可以精确测量气压,并通过温度补偿计算海拔高度,但海拔高度通过气压计算受天气、地貌等因素影响,精度难以保证,在有GPS卫星信号的时候,系统自动通过GPS信息直接获得海拔高度信息,在没有GPS信号的时候通过气压传感器获得海拔高度,增加了系统的实用范围。 时间模块DS1302气压传感器MS5540B键盘温湿度传感器SHT71LCD显示JDL12864GGP模块GS-15B电源模块MSP430F247 MCU音乐播放模块图1 系统框图2、各模块的设计 1) 电源模块原理图如图2所示, 电路主要由LM1117、场效应管Q1、Q2、Q3构成,IN是电池输入端,可输入3.45V,通过LM1117稳压到3.3V ,main-OUT 端输出3.3V给单片机模块、键盘及LCD供电,COL连接单片机控制线,对给外围模块供电的输出端OUT1、OUT2、OUT3进行开通和关断控制,降低系统功耗。图2 电源模块2) GPS模块与MSP430F247接口设计。选用的GS-15B
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