摘要:为了解风力发电机叶片振荡状况，判别其失效类型，规划了一种根据，MSP430单片机的无线信号收集体系。体系选用低功耗的MSP430单片机作为中心控制部件，硬件部分由信号处理模块、无线通讯模块、MSP430单片机控制体系组成;软件部分选用模块化规划办法。体系平常处于休眠状况，CPU中止运转，作业时经过软件中止恳求唤醒。经试验证明，该模块规划安稳牢靠、数据传输速率高、功耗低、通用性强，且误码率仅为1%。
要害词: MSP430;低功耗;无线收集
风能是现在最有开发运用远景的可再生清洁动力，风力发电作为风能运用的首要办法而备受重视。风机叶片是风力发电机的要害部件，其功用的好坏直接影响整机运转的安稳。为了解风机叶片的振荡状况，需对其进行丈量。因为风力发电机叶片特别的作业办法，选用传统的丈量振荡办法无法满意要求。此外，振荡传感器要安装在旋转的风力机叶片上，不能常常拆开，因此需考虑固定和体系的功耗问题。无线传感技能成为了当今国内外研讨的热门，在各范畴都具有宽广的运用远景。为此，规划了一种以MSP430单片机为中心，以SV610收发芯片作为无线通讯模块的收集体系。低功耗、实时性是该规划的最大特色。
1 无线收集体系的硬件规划
体系选用模块化规划思路，由压电传感器、单片机控制体系、信号处理模块、无线通讯模块等部分组成，体系组成如图1所示。
1.1 传感器挑选
因为叶片测振的特别性，需要将传感器要安装在叶片上，所以对传感器的挑选也提出了要求，既要满意低频高灵敏度，一起也要求质量轻。此外，还考虑到风力发电机在野外遭到风力的影响状况复杂，为了全面反映受损状况，需考虑三维受力方向，即X、Y、Z轴3个方向受力。本文选用深圳杰英特传感仪器有限公司 Mini-Sensor压电加速度传感器，该传感器的灵敏度可达1 V/g，质量仅为0.5 g，运用温度规模为-40～80℃。
1.2 信号预处理
信号预处理首要由两部分组成：扩大器和滤波器。因为压电加速度传感器的内阻很高，并且输出的信号弱小，因此前置扩大滤波电路有3个效果：(1)将传感器的高阻抗输出变换成低阻抗输出。(2)将传感器的弱小信号进行扩大。(3)将噪声信号滤除去。原理图如图2所示。
1.3 单片机的挑选
选用MPS430单片机作为体系的MCU，MSP430单片机是美国德州仪器(TI)公司推出的高集成度、高精度的单芯片体系，是现在工业界中具有最低功耗的16位RISC混合信号处理器，具有较低的作业电压，在1.8～3.6 V之间均可正常作业。其功耗低，在活动形式时，作业电流为350μA，在休眠形式下为0.5μA电流。MSP430具有丰厚的外设，片内具有3个时钟信号，包含1个高频时钟，1个低频时钟和1个DCO。灵敏的时钟挑选使得体系能够在合理的时钟下进行作业，大幅下降了体系功耗，方便了体系规划。
MPS430有一种正常作业活动形式与5种低功耗形式。在本无线收集体系中，MPS430平常作业于低功耗形式3(LPM3)，在此形式下CPU处于制止状况，DOC被制止，直流发生器被制止，MCLK被制止，SMCLK被制止，仅ACLK处于活动状况。当上位机给出收集信号的恳求后，将单片机唤醒，作业完后再次进入低功耗形式，单片机硬件原理图，如图3所示。
下位机单片机的功用首要是数据的收集与发射，P6.0～P6.2功用挑选为外围模块，担任3路信号的收集。通讯形式选用UART形式，P3.4和P3.5挑选外围模块，担任接纳上位机指令信号和发送A/D采样后的信号。A/D采样的参阅电压挑选2.5 V，本文选用XC622125芯片，该芯片具有低功耗和低压差长处。考虑到体系功耗问题，时钟模块只外加了32768 Hz的手表晶振，最低采样时刻可达32 ms。
1.4 无线通讯模块
SV610是高集成无线数据传输模块，选用高功用的Silicon Lab Si4432射频芯片。极低的接纳灵敏度，再加上业界抢先的100mW的输出功率确保扩大规模和进步链路功用。模块供给了多频段信道以及网络ID来下降传输过程中的搅扰以进步传输功用。小体积、远距离传输、宽规模的作业电压甚至丰厚快捷的编程设置使之得到了广泛的运用。
SV610有多种数据传输率可选，灵敏度高达-121 dBm，作业频段有433/470/868/915 MHz多个频段挑选，本文挑选433 MHz频段。在抱负环境中，传输距离可达1 400 m，其作业电压2.8～6.0 V，作业温度规模为-20～+70℃。
模块在装备形式下，可经过PC软件或UART接口在线设置相关参数。
2 无线收集体系的软件完结
收集体系软件包含主程序和中止服务程序，主程序进行初始化设置、外部中止设置，然后进入低功耗形式。单片机收到上位机收集信号的恳求后，经过UART中止将单片机从睡觉形式中唤醒，进入中止服务程序开端A/D采样。采样完结后调用发射程序，并将数据经过UART发给接纳模块，发送结束，体系从头进入睡觉状况。程序流程如图4所示。
2.1 MSP430串口通讯
MSP430通讯模块在每个采样周期内将收集并进行A/D转化后的12Byte的数发送给PC机。初始化中设置UART0模块作业，挑选时钟信号为ACLK，数据位为8位，波特率为9 600 bit·s-1，发送数据办法为自动发送。当接纳到一个完好的数据，发生一个信号URXIFG0=1，表明承受完好的数据。当数据正在发送中，UTXIFG0=1，此刻不能再发送数据，有必要等当时数据发送结束(UTXTFG0=0)才干进行发送。
2.2 A/D转化
因为MSP430F135带有ADC12模块，其由12 bit的SAR核、采样坚持电路、模仿开关、参阅电压发生与挑选电路、ADC时钟挑选电路等组成。ADC12可在没有CPU的参加下，独立完结16次采样、转化和存储操作。ADC12模块可独立断电，以便于低功耗规划。所以只需设置相应的寄存器就能够完结转化功用。
为削减CPU功耗，程序选用中止触发办法，A/D采样由定时器中止触发。因为MSP430内部A/D寄存器是12位，在无线传输时，发送数据缓存只要8 位，因此在传送的时分需要将收集的数据拆分红高8位和低8位然后放入数组进行发送，在接纳端将接纳的数据进行从头整合，完结采样数据的接纳。
3 测验成果
将无线模块连接好，先进行应对测验。上位机给出相应的指令，测验单片机是否能接纳到，并给出正确的应对。图5为应对测验成果。
经调试，体系收发模块均可正常作业。然后给出3路信号，由前面可知A/D采样的参阅电压设置为2.5 V，故采样通道一端加2.5 V的电压，另一端接地，还有一端接信号端。显现成果，如图6所示。
无线通讯需处理的最大问题便是确保传输数据的准确性，即要求误码率低。误码率是衡量数据在规则时刻内数据传输精确性的目标，误码率=过错码元数/传输总码元数× 100%。
从图6可看出，PC机可正确接纳到12 Byte的数据。试验采样距离为32 ms，采样时刻为30 min，将上述接纳到的数据经过上位机处理，最终得出误码率为1.2%。此外，还进行其他电压测验，路信号都能正常作业，且误码率低，作业安稳。
4 结束语
本文描绘了根据MSP430单片机的无线信号收集体系。经过调试证明体系可正常运转，各方面目标都能到达规划要求。整个体系集成度高，功耗低，无线传输安稳，误码率低，且质量轻，牢靠性高，易于控制和运用灵敏等长处，因此性价比高。此规划已运用于风机叶片信号收集体系。
