基于MSP430单片机的接力中继器设计

李大朋 戴馨莹 刘涛

摘 要：高密度电法探测仪器包括发射装置，接收装置和电机切换装置，电级的控制、信号的采集等，均需要长距离可靠通讯作为基础，前期仪器使用传统中继器在远距离通信时就信号传输不稳定以及主机工作量大，野外作业效率低，故障率高的缺点。本文主要针对这些缺点提出了基于MSP430单片机的RS-485接力通讯技术的设计方案，实现了远距离的可靠通讯，提高了野外工作效率，降低了野外工作故障率，本设计以MSP430单片机为主控芯片，采用RS-485总线作为通信总线，完成接力式中继器的硬件设计部分，在编程部分对主程序，串口0串口1程序内部数据处理程序进行了模块化的编写。

关键词：MSP430；RS-485；接力中继器；远距离通讯

一、绪论

高密度电法探测仪器的通讯线路距离一般要都要求比较远，一般可以达到1000至几千米，通讯线路越长，通讯的可靠性就越发难以保证，因此，高效稳定的通讯是高密度电磁阀探测仪成功研制的重要组成部分。

二、方案设计与选择

本文提供了两种方案供参考，方案一“放大器”方案

采用信号放大装置如图1所示，系隔一段距离，例如100米，放置一个信号放大设备，这样可以实现信号准确传输，直至最后，而不会出现由于距离太远而不能正确传输的问题，但是这样需要把传输线路分成数段，而电机的编号不能改变而且在实验前铺设线路时，必须按一定的顺序铺设，否则不能准确控制电机，完全由主机控制每个电极的动作加重了主机的工作量。

方案二：“接力式中继器”方案

采用中继器后，将千米的线路化整为零，便每100米为一个单位信号，通过RS485通信接口传输给MSP430单片机，单片机进行相应的信号处理，然后将得到了控制信号经另一个RS485通信接口传到485通信线路上，这样信号通过中继器可以进行接力传输，每条单位测线挂接五个电极，并且统一编号，由1到5，这样每段线路都可以相互替换，大大提高了灵活性，同样也提高了整条线路的效率，减轻了工作量。

三、中继器的硬件电路设计

原理如图3.1所示，中继器的设计，充分利用MSP430F1611具有两个串行口切编程，简单的特点，将两个串行口分别于两片MAX485收发器连接。此方案硬件设计和软件编程都比较方便。

四、中继器软件设计

由于采用单片机MSP430F1611作为中继器的核心控制器，且单片机具有两个串口，因而中继器的软件编程大致分为三个部分，主程序和两个中断子程序，本系统中高度仪器具体野外工作的過程如下：发射装置、接收装置、电极切换装置完毕后，由电脑先发出点名的命令，就是命令中继器逐一发送信号给测线上的所有电极切换装置，若电脑收到返回的信号，则表示电机切换装置未正常工作状态，所有切换装置正常工作之后，电脑接着发出测试接地电阻的命令，中继器依次选择相邻的两个切换装置设置为接收电极M、N（1M2N，2M3N……），然后通过M、N电极注入大地一个恒定的小电流，测输出相邻电极之间的电压，并计算出大地电阻（R12，R23……），然后把个电阻值在电脑上显示并分析各个电极切换装置是否接地良好，如果接地良好在向大地发射脉冲电流，组合排列接收电极进行测量。

五、测试结果及数据分析

下面是在电极间接1K欧姆电阻后采集到的电阻数据，能为了能够相对精确的采集电阻值，本次采集选择重复采集方式，一共对二十个电极采集三次下面是采集到的数据由于不是采用精密电阻，1K欧姆电阻精确值在1K左右，另外有一个原因是数据采集要求精度不是特别高因此在采集数据得到的电阻值在1K左。

从数据中可以看出，每当一条单位测线的最后一个电极后，电阻数据为前四组数据之和，这是因为在编程时为了简化程序降低难度，采用单位测线内自身电极的组合开关而不是跨线组合，这样同样能够达到检测接地电阻的目的，检测是否接触良好。

由于数据采集，数据量很大，因此在数据采集时选择了3*5=15个电机进行试验，表5.2是数据采集的部分数据，从图中可以看出，中继器能够准确地控制相应电极的开启闭合，而不会出现差错。

参考文献：

[1]陆冰. 实用无线传感器网络系统设计及通信协议的设计与实现[D]. 北京邮电大学， 2011.

[2]胥开芳， 蔡志涛. 基于MSP430的智能测量表设计[J]. 机电工程技术， 2014（6）：86-89.

[3]谭健华. 基于MSP430单片机的多路信号采集与无线传输系统的设计[D]. 华南理工大学， 2014.

作者简介：

李大朋（1985—），男，汉族，吉林省白山市人，讲师，工学硕士，单位：四川航天职业技术学院，研究方向：机电控制。