基于MSP430單片機的接力中繼器設計

李大朋 戴馨瑩 劉濤

摘 要：高密度電法探測儀器包括發(fā)射裝置，接收裝置和電機切換裝置，電級的控制、信號的采集等，均需要長距離可靠通訊作為基礎，前期儀器使用傳統(tǒng)中繼器在遠距離通信時就信號傳輸不穩(wěn)定以及主機工作量大，野外作業(yè)效率低，故障率高的缺點。本文主要針對這些缺點提出了基于MSP430單片機的RS-485接力通訊技術(shù)的設計方案，實現(xiàn)了遠距離的可靠通訊，提高了野外工作效率，降低了野外工作故障率，本設計以MSP430單片機為主控芯片，采用RS-485總線作為通信總線，完成接力式中繼器的硬件設計部分，在編程部分對主程序，串口0串口1程序內(nèi)部數(shù)據(jù)處理程序進行了模塊化的編寫。

關(guān)鍵詞：MSP430；RS-485；接力中繼器；遠距離通訊

一、緒論

高密度電法探測儀器的通訊線路距離一般要都要求比較遠，一般可以達到1000至幾千米，通訊線路越長，通訊的可靠性就越發(fā)難以保證，因此，高效穩(wěn)定的通訊是高密度電磁閥探測儀成功研制的重要組成部分。

二、方案設計與選擇

本文提供了兩種方案供參考，方案一“放大器”方案

采用信號放大裝置如圖1所示，系隔一段距離，例如100米，放置一個信號放大設備，這樣可以實現(xiàn)信號準確傳輸，直至最后，而不會出現(xiàn)由于距離太遠而不能正確傳輸?shù)膯栴}，但是這樣需要把傳輸線路分成數(shù)段，而電機的編號不能改變而且在實驗前鋪設線路時，必須按一定的順序鋪設，否則不能準確控制電機，完全由主機控制每個電極的動作加重了主機的工作量。

方案二：“接力式中繼器”方案

采用中繼器后，將千米的線路化整為零，便每100米為一個單位信號，通過RS485通信接口傳輸給MSP430單片機，單片機進行相應的信號處理，然后將得到了控制信號經(jīng)另一個RS485通信接口傳到485通信線路上，這樣信號通過中繼器可以進行接力傳輸，每條單位測線掛接五個電極，并且統(tǒng)一編號，由1到5，這樣每段線路都可以相互替換，大大提高了靈活性，同樣也提高了整條線路的效率，減輕了工作量。

三、中繼器的硬件電路設計

原理如圖3.1所示，中繼器的設計，充分利用MSP430F1611具有兩個串行口切編程，簡單的特點，將兩個串行口分別于兩片MAX485收發(fā)器連接。此方案硬件設計和軟件編程都比較方便。

四、中繼器軟件設計

由于采用單片機MSP430F1611作為中繼器的核心控制器，且單片機具有兩個串口，因而中繼器的軟件編程大致分為三個部分，主程序和兩個中斷子程序，本系統(tǒng)中高度儀器具體野外工作的過程如下：發(fā)射裝置、接收裝置、電極切換裝置完畢后，由電腦先發(fā)出點名的命令，就是命令中繼器逐一發(fā)送信號給測線上的所有電極切換裝置，若電腦收到返回的信號，則表示電機切換裝置未正常工作狀態(tài)，所有切換裝置正常工作之后，電腦接著發(fā)出測試接地電阻的命令，中繼器依次選擇相鄰的兩個切換裝置設置為接收電極M、N（1M2N，2M3N……），然后通過M、N電極注入大地一個恒定的小電流，測輸出相鄰電極之間的電壓，并計算出大地電阻（R12，R23……），然后把個電阻值在電腦上顯示并分析各個電極切換裝置是否接地良好，如果接地良好在向大地發(fā)射脈沖電流，組合排列接收電極進行測量。

五、測試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

下面是在電極間接1K歐姆電阻后采集到的電阻數(shù)據(jù)，能為了能夠相對精確的采集電阻值，本次采集選擇重復采集方式，一共對二十個電極采集三次下面是采集到的數(shù)據(jù)由于不是采用精密電阻，1K歐姆電阻精確值在1K左右，另外有一個原因是數(shù)據(jù)采集要求精度不是特別高因此在采集數(shù)據(jù)得到的電阻值在1K左。

從數(shù)據(jù)中可以看出，每當一條單位測線的最后一個電極后，電阻數(shù)據(jù)為前四組數(shù)據(jù)之和，這是因為在編程時為了簡化程序降低難度，采用單位測線內(nèi)自身電極的組合開關(guān)而不是跨線組合，這樣同樣能夠達到檢測接地電阻的目的，檢測是否接觸良好。

由于數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)量很大，因此在數(shù)據(jù)采集時選擇了3*5=15個電機進行試驗，表5.2是數(shù)據(jù)采集的部分數(shù)據(jù)，從圖中可以看出，中繼器能夠準確地控制相應電極的開啟閉合，而不會出現(xiàn)差錯。

參考文獻：

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[3]譚健華. 基于MSP430單片機的多路信號采集與無線傳輸系統(tǒng)的設計[D]. 華南理工大學， 2014.

作者簡介：

李大朋（1985—），男，漢族，吉林省白山市人，講師，工學碩士，單位：四川航天職業(yè)技術(shù)學院，研究方向：機電控制。