1.导言
本超低功耗倾角丈量仪的规划中，运用了T I公司的M S P 4 3 0、T P S 6 1 0 7 0、TPS61040和TPS54331等器材和加速度传感器，完成了超低功耗高精度视点丈量仪的制造。首要，咱们运用MSP430单片机，此单片机不只具有处理能力强、运算速度快、片内资源丰厚等长处，并且具有超低功耗和间歇作业的优势。其在作业时作业电流只要200uA左右，当处于休眠状况时其作业电流在1uA左右，较好的满意了超低功耗和操控运算的需求。在实践运用中，咱们让它作业在2.5V,省电形式下RAM数据保持在低功耗形式，耗费电流仅0.1μA.
其次， 规划中还运用了T I 公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级BOOST升压电路，相对于反激式升压电路比较，该计划不光功率高，并且有利于下降电源损耗。
在挑选降压电路计划中，运用了TI公司的TPS54331芯片组成BUCK降压电路。当25V将至2.5V时一般的线性降压芯片功率只要10%,可是这块芯片在轻载情况下功率也可到达30%以上，并且功耗低。此次规划中，首要运用TI的芯片，功用很好，对制造的完成起到了促进作用。
2.计划规划与证明
本规划要求经过丈量重力加速度进行视点丈量，并确保精度到达±1度以内，用2200uF电容供电，在作业情况下能持续作业60秒以上，并用1.5V干电池给电容充电。
2.1 操控体系的比较与挑选
计划一：选用DSP,具有高精度，运算速度快的长处，但DSP功耗高，不满意本规划低功耗要求。
计划二：选用ATML的12C5A16AD,这款单片机价格便宜，可是运算速度比较慢，功耗大，不符合本规划的要求。
计划三：选用TI公司的MSP430单片机为操控体系。此单片机不只具有运算速度快的特色并且具有间歇作业的优势。在作业时其电流在200uA左右，当处于休眠状况时其电流在1uA左右，较好的满意了超低功耗的要求和操控运算需求。
综上证明选取计划三。
2.2 测角传感器比较与挑选
计划一：MMA7455,它是10位精度三轴数字加速度传感器，具有I2C,SPI通讯接口，可是丈量成果误差较大，需求校对。
计划二：MMA8452加速度传感器，此传感器是一款智能、低功耗、三轴、电容式微机加速度传感器，具有体积小，重量轻和丰厚嵌入式的特色，能够削减全体功耗，有利于完成体系的超低功耗运转。此传感器具有12位高精度，误差小，不需求校对的长处，并且能够回来数字信号，有利于信号收集与功用完成。
综上证明选取计划二。
2.3 供电降压电路挑选
计划一：用7805组成线性降压电路。
选用7 8 0 5尽管能将电压降到要求值，可是，7805的作业原理便是将额定的压降加在了芯片上，当电压由25V降到5V时，7805会严峻发热，功耗很大，在超低功耗下很难作业。
计划二：用TPS54331芯片构成开关型BUCK降压电路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET与操控体系的功用，能够完成25v到3.3v的稳压。用此芯片完成的开关型BUCK降压电路功用，比功耗小，功率也高。
综上证明挑选计划二。
2.4 充电升压电路挑选
计划一：用反激击式升压电路，此电路尽管完成输入输出阻隔，可是此计划作业功率低，功耗大，不利于1.5v蓄电池长期运用。且反激式电路需绕制高频变压器，占用空间较大，不利于运用。
计划二：用TI公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级boost升压电路，相对反激式升压电路比较，该计划功率高，易于低功耗规划的完成。
综上证明挑选计划二。
2.5 体系整体结构规划
经过以上计划选取咱们的体系整体结构为经过boost升压电路，将1.5V电压升到充电电压25V给电容充电。用充好电的电容经过BUCK电路降压对丈量仪进行供电，经过测验按键宣布信号后丈量仪进行丈量后显现。体系规划框图如图1.
3.理论剖析和核算
3.1 倾角的核算方法
低功耗单片机操控，经过MMA8452加速度传感器将加速度在X、Y、Z轴上(芯片坐标轴如图2)的重量经过I2C通讯传到单片机里，依据几许联系进行视点核算后由HT1621驱动的4位LCD视点显现。显现分辨率为0.1度，精度达±1V,测角规模为0-90度。
从倾角传感器输出到单片机的是重力加速度的XYZ轴重量，经过以下公式核算出：设X轴与水平面仰角α度，将坐标系投影到XZ平面，可得一平面坐标系，由此可求得各轴上的静态加速度值：
3.2 理论功耗剖析
3.2.1 单片机功耗
MSP430此单片机不只具有运算速度快的特色并且具有间歇作业的优势，在作业时其电流在200uA左右，当处于休眠状况时其电流在1uA左右，较好的满意了超低功耗的要求和操控运算需求。
咱们选用的MSP430单片机在典型的200KHZ时钟、2.5V电压下作业时，仅耗费2.5μA,在1MHZ时钟、2.5V电压下作业时有250μA,在RAM数据保持在低功耗形式下耗费电流仅0.1μA.它具有5种作业形式，不同形式下耗费在0.1~400μA间，待机形式下耗费仅0.8μA.将CPU置为省电形式，能够大大减小能耗。
3.2.2 显现器功耗
HT1621驱动的段位显现屏，此显现屏尽管屏幕比较小，显现内容有限，可是此显现屏能够在极低功耗下作业，外接32KHZ晶振，而不必内置时钟源，能够将作业电流操控在60μA以下。与一般的LCD显现屏比较，此显现屏不必背光，断码显现，用I2C总线传值，功耗更低。此显现器驱动芯片有间歇形式，处理完指令后能够进入间歇形式，等候激活后持续处理数据。这样能够大大下降功耗。
3.2.3 加速度传感器功耗
咱们用的MM8452加速度传感器能够低功耗和正常两种形式。
如图3所示，此传感器敞开后能够作业在唤醒和休眠2种形式下，当能够设定作业时长，节约能耗。低功耗形式下作业电流仅为14μA,正常形式下作业电流为24μA.
3.2.4 供电电路功耗
用TPS54331芯片构成开关型BUCK降压电路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET与操控体系的功用，能够完成25v到0.8-5v的稳压。用此芯片完成的开关型BUCK降压电路功用，比线性电源功耗小，功率也高。
咱们为了进一步下降功耗，将单片机供电调整到2.5V,能够使MSP430作业在极低功耗下。
4.电路与程序规划
4.1 电路规划
4.1.1 Buck降压电路
因为电容电压为25V,所以有必要选用降压电路将电压降到2.5V后对电压和加速度传感器供电。为了减小功耗选用TI公司的的TPS54331芯片组成buck电路。此芯片组成的Buck电路最大极限是由28V降到0.8V,且该芯片安稳性好，精度准，功耗低一级长处。Buck电路图如图4.
首要外围器材参数核算：
4.1.2 充电设备电路
用1.5V干电池对电容进行充电，要求充电到2 5 V.所以要将1 . 5 V电压经过升压电路升到2 5 V.咱们选用T I公司的TPS61040和TPS61070芯片组成两个Boost电路，分两级将1.5V升到5V再生到25V.
TPS61040芯片最大升压规模是由1.8V到28V.TPS61070芯片最大的升压规模是由0.9V到5.5V.所以由独自一片芯片不能制成由1.5V到25V的Boost升压电路，故选用两级升压。这两种芯片都具有安稳好，精度高，功耗低一级特色，对充电安稳有重要意义。充电设备电路图如图5-1.
TPS16070芯片将电池1.5V电压升至5V,参数R1,R2及确认：依据芯片要求R2取180KΩ，R1=R2(Vo/VB-1)=180k*(5/0.5-1 ) = 1 . 6 2 MΩ，电容C2=3pF(200k/R2-1)=0.33pF.TPS61040芯片将上级输出升至25V,经过调理电位器R5来调理输出，其间输出Vout=1.233(1+R4/R3)，经过调理R3与R4值能够改动输出电压。
4.1.3 加速度传感器外围电路
测验按键与单片机相连操控是否进行测验，单片机与MMA8452加速度传感器经过I2C通讯，由单片机与显现器衔接进行显现，加速度传感器外围电路图如图6.
4.1.4 整体规划电路图(如图7、8)
4.2 程序结构与规划
程序流程判别图如图9所示。
体系供电后，单片机发动首要进入休眠状况，并实时监测是否有键按下，若无键按下，持续等候;若有键按下则依据按键功用进入丈量状况或形式转化显现，然后由液晶显现新丈量的数值，单片机从头进入休眠状况，持续检测是否有键按下。
5.测验计划和成果
5.1 测验计划
调整好水渠道，将斜坡放在水渠道上，将电容充好电后赶快的接入丈量仪中，然后调整斜坡进行测验调查电容能作业时间和丈量的视点。
5.2 测验成果
如表1、表2所示，2200uF电容供电，以每5秒一次的频率进行丈量时，丈量仪作业时间约3分钟。
100uF电容供电，可作业时间约为20秒。
6.定论
本超低功耗倾角丈量仪因为规划合理，结构简略，计划选取恰当，单片机、芯片和电阻%&&&&&%等参数选取适宜，所以很好的满意根本和发挥要求，真实完成超低功耗的功用。本规划以超低功耗为方针，规划制造，较好的完成了超低功耗作业的方针，并完成了较高的精度，成功的完成了规划目。该著作可用于实践丈量，在实验室及工业生产中可作进一步推行。
