基于msp430的溫濕度檢測系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設計內容為基于MSP430單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)。溫度和濕度是藥房、糧倉、溫室大棚等場所的重要的環(huán)境因子，本文提出了一種基于 MSP430F149單片機的溫濕度檢測系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)設計方案具有測量準確、調試方便、可實時記錄信息等特點，并可廣泛應用于條件惡劣、人員不便進入的場合。</p><p>

2、　　本次設計以MSP430F149單片機為基礎，在分析其工作原理及相應管腳作用的基礎上，結合我國現有氣候的特點，進行溫度、濕度參數的檢測系統(tǒng)設計，完成了溫濕度檢測系統(tǒng)的方案，包括溫度檢測系統(tǒng)、濕度檢測系統(tǒng)，使檢測所得的數據量達到生產等環(huán)節(jié)過程中的精確要求。溫濕度檢測系統(tǒng)的控制方案共有5個主要部分；其中包括溫度檢測系統(tǒng)、濕度檢測系統(tǒng)、顯示電路、電源電路。本次設計對溫濕度檢測系統(tǒng)組態(tài)采用美國德州儀器開發(fā)的MSP430單片機，并在設計內容里詳

3、細介紹了MSP430單片機的相應優(yōu)勢及工作原理。</p><p>　　此次設計共分5章內容，主要包括溫濕度檢測系統(tǒng)簡介、基本硬件介紹、硬件電路設計、軟件程序設計等內容，全方位解析溫濕度檢測系統(tǒng)及其相應顯示的方案，根據精度對生產等環(huán)節(jié)的要求進行各種精度的確定，包括傳感器及運算電路，以實現系統(tǒng)最優(yōu)且安全可靠。</p><p>　　關鍵詞：MSP430F149單片機；溫度檢測；濕度檢測</

4、p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The content of this design is the humidity and temperature monitoring system based on MSP430 Single-Chip Microcomputer. Temperature and humidity are two

5、 important environmental factors in some places like pharmacies, granaries and greenhouses. The design for the humidity and temperature monitoring system based on the MSP430F149 Single-Chip Microcomputer is presented in

6、this thesis. The design of the system is characterized by accuracy in mensuration, convenience in debugging and real time inform</p><p>　　The design grounded on the MSP430F149 Single-Chip Microcomputer, cons

7、idering exsiting climate characteristics in our country, is planned in detecting system about parameters of humidity and temperature on the premise that has analyzing the working principle and pin function. The design ha

8、s completed the schemes of humidity and temperature monitoring system, including temperature detecting system and humidity detecting system, to make sure the data size of the detection can meet the precise reque</p>

9、;<p>　　The design consists of five chapters, including introduction of temperature and humidity detection system, the basic hardware,the hardware circuit design, software programming, which analyzes the humidity a

10、nd temperature monitoring system and shown schemes related. It also determines the accuracy considering the importance of exactness in production, including the sensor and arithmetic circuit, to achieve optimization and

11、reliableness of the system.</p><p>　　Keywords: MSP430F149; temperature detection; humidity detection</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 引言1</b></p>

12、<p>　　1.1課題的目的和意義1</p><p>　　1.2國內、外現狀及發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.2.1國內現狀及發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.2.2國外現狀及發(fā)展趨勢2</p><p>　　第2章 溫濕度檢測系統(tǒng)簡介3</p><p>　　2.1 溫度測量部分3<

13、/p><p>　　2.2 濕度測量部分3</p><p>　　2.3 顯示部分3</p><p>　　2.4 電源部分3</p><p>　　第3章 基本硬件介紹4</p><p>　　3.1 MSP430單片機4</p><p>　　3.1.1處理能力強4</p><

14、;p>　　3.1.2運算速度快4</p><p>　　3.1.3超低功耗4</p><p>　　3.1.4方便高效的開發(fā)環(huán)境5</p><p>　　3.1.5 MSP430F149系列5</p><p>　　3.1.6 MSP430F149各管腳5</p><p>　　3.2 DS18B20溫度傳感器

15、8</p><p>　　3.2.1 4個主要的數據部件9</p><p>　　3.2.2 技術性能描述11</p><p>　　3.2.3應用范圍12</p><p>　　3.2.4 DS18B20工作原理12</p><p>　　3.2.5 DS18B20引腳定義13</p><p>

16、;　　3.3 HM1500濕度傳感器13</p><p>　　3.3.1 HM1500內部結構13</p><p>　　3.3.2 額定參數13</p><p>　　3.3.3 特性13</p><p>　　3.3.4 環(huán)境適應性14</p><p>　　3.3.5 HM1500濕度測量14</p&g

17、t;<p>　　3.3.6 HM1500模擬線性電壓輸出14</p><p>　　第4章 硬件電路的設計16</p><p>　　4.1 基礎電路設計電路設計16</p><p>　　4.2 重要模塊電路的設計16</p><p>　　4.2.1 溫度檢測電路的設計16</p><p>　　4.

18、2.2 濕度測量電路的設計18</p><p>　　4.2.3 電源轉換電路的設計19</p><p>　　4.2.4 顯示電路的設計20</p><p>　　第5章 軟件程序設計23</p><p>　　5.1 軟件開發(fā)環(huán)境IAR FOR MSP43023</p><p>　　5.2 程序設計整體方案23

19、</p><p>　　5.3 溫度測量程序25</p><p>　　5.3.1 DS18B20溫度傳感器的驅動25</p><p>　　5.3.2 溫度的測量與顯示程序25</p><p>　　5.4 濕度測量程序25</p><p><b>　　第6章 結論27</b></p&g

20、t;<p>　　參 考 文 獻28</p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　附 錄30</b></p><p><b>　　附 圖46</b></p><p><b>　　第1章 引言<

21、/b></p><p>　　1.1課題的目的和意義</p><p>　　這次畢業(yè)設計選題的目的主要是讓生活在信息時代的我們，將所學知識應用于生產生活當中，掌握溫、濕度測量系統(tǒng)設計的流程，方案的論證，選擇，實施與完善。通過對溫、濕度測量系統(tǒng)的設計、制作、了解信息采集測試、控制的全過程，提高在電子工程設計和實際操作方面的綜合能力，初步培養(yǎng)在完成項目過程中所應具備的基本素質和要求。培養(yǎng)研發(fā)

22、能力，通過對電子電路的設計，初步掌握在給定條件和要求的情況下，如何巧妙合理地去設計系統(tǒng)中的各部分電路，并將它們有序的連接起來。提高查閱資料、語言表達能力和理論聯系實際的技能。</p><p>　　溫、濕度是工業(yè)對象中主要的被控參數之一，當今社會溫、濕度的測量與測量系統(tǒng)在生產與生活的各個領域中扮演著越來越重要的角色，大到工業(yè)冶金、環(huán)境檢測、紡織廠、冷凍庫、糧倉、醫(yī)療衛(wèi)生等方面，小到浴霸、家庭冰箱、空調、電飯煲等方面

23、都得到了廣泛的應用。例如冶金、機械、食品、化工各類工業(yè)中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等，對工件的處理溫、濕度都要求嚴格控制，而單片機溫、濕度測量系統(tǒng)使溫、濕度測量指標得到了大幅度提高。其使用量日益增多，其地位和作用也倍顯重要。溫、濕度測量系統(tǒng)的廣泛應用使得這方面的研究意義頗為必要。溫、濕度測量系統(tǒng)的結構組成，測量原理使用維護等方面的基礎內容已成為電子工程技術人員急需了解掌握的必要知識。</p><p>

24、;　　MSP430系列單片機是美國德州儀器公司推出的16位超低功耗、高性能產品，它具有處理能力強、運行速度快、資源豐富、開發(fā)方便等優(yōu)點，有很高的性價比，在世界各國已得到廣泛的應用，在國內，也已經進人飛速發(fā)展階段，MSP430系列超低功耗16位單片機，越來越受到電子工程師親睞，并得到廣泛應用。MSP430微控制器Single-Chip Microcomputer(Micro controller Unit）是TI公司推出的一款具有豐富片上

25、外圍的超低功耗16位FLASH型混合信號處理器，本系統(tǒng)使用的MSP430F149有一個串口通信接口，一個帶有大量捕獲P比較寄存器的16位定時器看門狗，一個模擬電壓比較器。工業(yè)儀器大多數工作在野外的環(huán)境中，供電方式比較麻煩，所以使儀器的功耗盡可能低是非常必要的。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的溫濕度測量器相比，選擇了MSP430微控制器，它充分運用各種低功耗設計手段，使芯片的電流極小，在超低功耗時可達0.1mA。整個系統(tǒng)在平時處于低功耗狀態(tài)，每隔5min自

26、動從低功耗下喚醒，進行溫、濕度和濕度測量，并通過溫、濕度和濕度的對應關系，來確定是否啟動加熱器和加濕器。其中，溫、濕度測量使用</p><p>　　1.2國內、外現狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　1.2.1國內現狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　我國現代溫室技術起步較晚，70年代以來，政府大力發(fā)展以塑料大棚、節(jié)能日光溫室為主的設施農業(yè)，促進了農村經濟的發(fā)展和緩和了

27、蔬菜季節(jié)性短缺矛盾。與此同時，從1979年至1994年，從歐美、日本等國家引進了一系列現代化溫室進行實驗研究。引進的溫室與我國傳統(tǒng)溫室比較，其空間大，便于進行機械作業(yè)，生產率與資源利用率比較高，為我國溫室的發(fā)展提供了借鑒作用。但這些溫室也存在著許多不足之處，主要表現在：</p><p>　　價格昂貴，國內農業(yè)生產目前難以接受。</p><p>　　缺乏與我國氣候特點相適應的溫室測控軟件。目

28、前我國引進溫室的測控系統(tǒng)大多投資大、運行費用過高，并且測控系統(tǒng)中所側重考慮的環(huán)境參數與我國的氣候特點存在矛盾。</p><p>　　測量方式比較簡單，軟件實現模式固定，不能進行功能擴展。</p><p>　　我國自行開發(fā)的溫室測控系統(tǒng)其技術水平和調控能力與發(fā)達國家還有一定的差距。而我國綜合環(huán)境測控技術的研究剛剛起步，目前仍然停留在研究單個或少量環(huán)境因子調控技術的階段，而實際上，溫室內的光照

29、度、溫度、濕度等環(huán)境因素，都是在相互影響、相互制約的狀態(tài)中對作物的生長產生影響，環(huán)境要素的空間變化、時間變化都很復雜。因此，我們應該根據我國的國情研制出適合我國農業(yè)的發(fā)展的儀器儀表，并在農業(yè)設施中廣泛推廣。</p><p>　　1.2.2國外現狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　1949年，借助于工程技術的發(fā)展，美國建成了第一個植物人工氣候室，開展了植物對自然環(huán)境的適應性和抗御能力的應用研究

30、。20世紀60年代，生產型的高級溫室開始應用于農業(yè)生產，奧地利首先建成了番茄生產工廠，70年代后荷蘭、日本、美國、英國、以色列等國家的溫室園藝迅猛發(fā)展，溫室設施廣泛應用于園藝作物生產、畜牧業(yè)和水產養(yǎng)殖業(yè)。隨著計算機技術的進步和智能測量理論的發(fā)展，近百年來，溫室大棚作為設施農業(yè)的重要組成部分，其自動測量和管理技術不斷得以提高，在世界各地都得到了長足的發(fā)展。特別是二十世紀70年代電子技術的迅猛發(fā)展和微型計算機的出現，更使溫室大棚環(huán)境測量技術

31、產生了革命性的變化。80年代，隨著微型計算機日新月異的進步和價格大幅度下降，以及對溫室測量要求的提高，以微機為核心的溫室綜合環(huán)境測量系統(tǒng)，在歐美得到了長足的發(fā)展，并邁入了網絡化，智能化階段。</p><p>　　第2章 溫濕度檢測系統(tǒng)簡介</p><p>　　2.1 溫度測量部分</p><p>　　溫度檢測是整個系統(tǒng)的一個重要的組成部分。它采用了DS18B20溫度

32、傳感器進行對溫度的測量。當DS18B20處于寫存儲器操作和溫度A/D變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10µｓ。采用3.6V電源供電，DQ端接MSP430F149的P2.5口，并且在DQ端和VDD端加4.7K的上拉電阻，GND端接地。其主要目的就是對當前環(huán)境中的溫度數據進行測量，并進行相應的信號轉換。</p><p>　　2.2 濕度測量部分</p><p>　

33、　測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據某種物質從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學性質的變化，間接地獲得該物質的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據其高分子材料吸濕后的介電常數、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進行濕度測量的。</p><p>　　采用HM1500濕度傳感器。具有尺寸小、浸水無影響、互換性好、可靠性高、漂移小、在5VDC供電時、0~100%RH典型輸出、標定±2

34、%RH@55%RH、極低的溫度依賴性、比例輸出于電源電壓、適合3—7V供電的主要特點。并且具有在長時間處于飽和狀態(tài)后快速脫濕、專利固態(tài)聚合物結構、對化學品的高抵抗性、響應時間短的濕度傳感器的特點。</p><p><b>　　2.3 顯示部分</b></p><p>　　采用LED數碼管。系統(tǒng)采用動態(tài)顯示方式驅動8個數碼管工作,其中4個數碼管用來顯示溫度值,4個用來顯

35、示檢測到的濕度值。用SNJ54HC373的輸入端來選擇位碼,單片機的P1口控制數碼管的斷碼。如果檢測到的溫度與濕度發(fā)生變化時，數碼管即會發(fā)生相應的變化，起到實時顯示功能。</p><p>　　LED數碼管亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定，從而得到了廣泛的應用，但相對制作復雜成本高。</p><p><b>　　2.4 電源部分</b><

36、;/p><p>　　電壓轉換中，使用LM7805將220V電壓轉換為5V電壓。電壓轉換中，使用AMS1117將5V電壓轉換為3.3V電壓提供整體電路中的使用電源。并且在5V～3.3V轉換電路中，采用了電池供電的方式。在不能連接到外接220V電源的情況下或外接220V電源突然停電的情況下，可以使用電池對單片機進行供電，可以防止電路突然中斷。</p><p>　　第3章 基本硬件介紹</p&

37、gt;<p>　　3.1 MSP430單片機</p><p>　　MSP430系列單片機是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器（Mixed Signal Processor）。稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機”解決方案。該系列單片機多應

38、用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。</p><p>　　3.1.1處理能力強</p><p>　　MSP430系列單片機是一個16位的單片機，采用了精簡指令集（RISC）結構，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數尋址、4 種目的操作數尋址）、簡潔的 27 條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令。這些特點保證了可編制出高效率的源程

39、序。</p><p>　　3.1.2運算速度快</p><p>　　MSP430 系列單片機能在25MHz晶體的驅動下，實現40ns的指令周期。16位的數據寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實現乘加運算）相配合，能實現數字信號處理的某些算法（如FFT等）。</p><p><b>　　3.1.3超低功耗</b></p>

40、;<p>　　MSP430 單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓和靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。</p><p>　　首先，MSP430 系列單片機的電源電壓采用的是1.8-3.6V 電壓。因而可使其在1MHz 的時鐘條件下運行時，芯片的電流最低會在165μA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1μA。</p><p>　　其次，獨特的時鐘系統(tǒng)

41、設計。在 MSP430 系列中有兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL 和FLL+）時鐘系統(tǒng)和DCO數字振蕩器時鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€晶體振蕩器（32.768kHz）DT-26 OR DT-38[4]，也可以使用兩個晶體振蕩器。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產生 CPU 和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關閉，從而實現對總體功耗的控制。</p><p>　　由于系統(tǒng)運行時開啟的功能模塊不同，即采

42、用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0~LPM4）。在實時時鐘模式下，可達2.5μA，在RAM 保持模式下，最低可達0.1μA 。</p><p>　　3.1.4方便高效的開發(fā)環(huán)境</p><p>　　MSP430 系列有OTP 型、FLASH型和ROM型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對于OTP型和ROM型的器件是使

43、用仿真器開發(fā)成功之后燒寫或掩膜芯片；對于FLASH型則有十分方便的開發(fā)調試環(huán)境，因為器件片內有JTAG調試接口，還有可電擦寫的FLASH存儲器，因此采用先下載程序到FLASH內，再在器件內通過軟件控制程序的運行，由JTAG接口讀取片內信息供設計者調試使用的方法進行開發(fā)。這種方式只需要一臺PC機和一個JTAG調試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯編語言和C 語言。</p><p>　　3.1.5 MSP430

44、F149系列</p><p>　　基于閃存或ROM的超低功耗MCU，提供8MIPS，工作電壓為1.8V - 3.6V，具有高達60KB的閃存和各種高性能模擬及智能數字外設。</p><p><b>　　超低功耗低至：</b></p><p>　　0.1μARAM保持模式0.7μA實時時鐘模式200μA/MIPS工作模式在6μs之內快速從待機模式

45、喚醒。</p><p><b>　　器件參數：</b></p><p>　　閃存選項：1KB–60KBROM選項：1KB–16KBRAM選項：512B–10KB GPIO選項：14、22、48引腳ADC選項：10和12位斜率SAR其它集成外設：模擬比較器、DMA、硬件乘法器、SVS、12位DAC。</p><p>　　3.1.6 MSP430F

46、149各管腳</p><p>　　MSP430單片機管腳編號及作用描述</p><p>　　表3-1 MSP430單片機各管腳編號及作用描述</p><p>　　3.2 DS18B20溫度傳感器</p><p>　　DS18B20數字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LT

47、M8877，LTM8874等等。主要根據應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。</p><p>　　3.2.1 4個主要的數據部件</p><p>　　（1）光刻ROM中的64位序列號

48、是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20的目的。</p><p>　　DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以1

49、2位轉化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達，其中S為符號位。</p><p>　　表3-2 DS18B20溫度值格式</p><p>　　這是12位轉化后得到的12位數據，存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位

50、為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125℃的數字輸出為07D0H，+25.0625℃的數字輸出為0191H，-25.0625℃的數字輸出為FF6FH，-55℃的數字輸出為FC90H。</p><p>　　（3）DS18B20溫度傳感器的存儲器</p><p>　　DS18B20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EEPR

51、AM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結構寄存器。</p><p><b>　　（4）配置寄存器</b></p><p>　　該字節(jié)各位的意義如下：</p><p>　　表3-3 配置寄存器</p><p>　　低五位一直都是"1"，TM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試

52、模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時被設置為12位）</p><p>　　表3-4 溫度分辨率設置表</p><p>　　（5）高速暫存存儲器</p><p>　　高速暫存存儲器由9個字節(jié)組成，其分配如表5所示。當溫度轉換命令發(fā)布后，經轉換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存

53、儲器的第0和第1個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數據，讀取時低位在前，高位在后，數據格式如圖2.9所示。對應的溫度計算：當符號位S=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當S=1時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。圖2.10是對應的一部分溫度值。</p><p>　　表3-5 DS18B20暫存存儲器分布</p><p>　　根據DS18B20的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制DS18B20完

54、成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位操作，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數據線下拉500微秒，然后釋放，當DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。ROM、RAM指令如下表所示：</p><p>　　表3-6 ROM、RAM指令表

55、</p><p>　　3.2.2 技術性能描述</p><p>　?。?）、 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。</p><p>　　（2）、測溫范圍－55℃～+125℃，固有測溫誤差（注意，不是分辨率，這里之前是錯誤的）0.5℃。</p><p>　?。?）、支持多

56、點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，最多只能并聯8個，實現多點測溫，如果數量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸的不穩(wěn)定。</p><p>　?。?）、工作電源: 3~5V/DC （可以數據線寄生電源）</p><p>　?。?）、在使用中不需要任何外圍元件。</p><p>　?。?）、 測量結果以9~12位數字量方式串行傳送。</

57、p><p>　?。?）、不銹鋼保護管直徑 Φ6。</p><p>　?。?）、適用于DN15~25, DN40~DN250各種介質工業(yè)管道和狹小空間設備測溫。</p><p>　?。?）、 標準安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2”任選。</p><p>　?。?0）、PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。

58、</p><p><b>　　3.2.3應用范圍</b></p><p>　?。?）該產品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領域。</p><p>　?。?）軸瓦，缸體，紡機，空調，等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。</p><p>　　（3）汽車空調、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。<

59、/p><p>　　（4）供熱/制冷管道熱量計量，中央空調分戶熱能計量和工業(yè)領域測溫和控制。</p><p>　　3.2.4 DS18B20工作原理</p><p>　　DS18B20測溫原理如圖3-1所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計

60、數器1和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數值。計數器1對 低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重 新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即 為所測溫度。圖3-1中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。</p&

61、gt;<p>　　圖3-1 DS18B20濕度傳感器工作原理圖</p><p>　　3.2.5 DS18B20引腳定義</p><p>　　（1）DQ為數字信號輸入/輸出端；</p><p>　?。?）GND為電源地；</p><p>　?。?）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。</p>&l

62、t;p>　　3.3 HM1500濕度傳感器</p><p>　　濕度傳感器選擇集成濕度傳感器HM1500,它是利用濕敏電容HS1101 設計制造,具有線性電壓輸出。其濕度測量范圍為5%～99%(相對濕度);相對濕度精度為3%;工作溫度為-30～+60℃;工作濕度范圍0～100%(相對濕度);供電電壓為5V(最大電壓DC16V);可輸出DC電壓為1～4 V;響應時間為5,適用于工業(yè)級場合。</p>

63、<p>　　3.3.1 HM1500內部結構</p><p>　　圖3-2 HM1500內部結構</p><p>　　3.3.2 額定參數</p><p>　　表3-7 HM1500濕度傳感器額定參數</p><p><b>　　3.3.3 特性</b></p><p>　　Ta=2

64、3℃，Vs=5Vdc，RL＞1MΩ</p><p>　　表3-8 HM1500特性</p><p>　　3.3.4 環(huán)境適應性</p><p>　　HM1500已通過HUMIRAL的震動、沖擊、存儲、高溫高濕、靜電等品質測試。此外，經過嚴格的惡劣化學測試，證明HM1500可以在一下環(huán)境中穩(wěn)定工作：SO2（0.5%）、H2S（0.5%）、O2、NO2、NO、CO、CO

65、2、軟化劑、肥皂。甲苯、酸（H2SO4，HNO3，HCL）、殺蟲劑、香煙等等。</p><p>　　3.3.5 HM1500濕度測量</p><p>　　典型HM1500相對濕度測量曲線</p><p>　　圖3-3 HM1500輸出電壓與相對濕度曲線</p><p>　　3.3.6 HM1500模擬線性電壓輸出</p><

66、;p>　　模擬線性電壓輸出及輸出值多項式擬合參考</p><p>　　圖3-4 HM1500模擬線性電壓輸出及輸出值多項式擬合參考</p><p>　　第4章 硬件電路的設計</p><p>　　4.1 基礎電路設計電路設計</p><p>　　本系統(tǒng)的總體設計方案如圖4-1所示。本設計方案包括溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、顯示模塊。在溫

67、濕度檢測模塊中,溫度傳感器DS18B20采集得到的電流信號和濕度傳感器HM1500采集到的電壓信號轉換為給定范圍內的電壓信號。然后由單片機MSP430F149的AD采樣端口將該電壓信號讀入,單片機把數據處理之后通過顯示器顯示出來測量值。</p><p>　　圖4-1系統(tǒng)總體結構框圖</p><p>　　4.2 重要模塊電路的設計</p><p>　　4.2.1 溫度

68、檢測電路的設計</p><p>　　DS18B20測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點。下面就是DS18B20幾個不同應用方式下的測溫電路圖：</p><p>　?。?）DS18B20寄生電源供電方式電路圖</p><p>　　如下面圖6所示，在寄生電源供電方式下，DS18B20從單線信號線上汲取能量：在信號線DQ處于高電平期間把能量儲存

69、在內部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。</p><p>　　獨特的寄生電源方式有三個好處：</p><p>　　1）進行遠距離測溫時，無需本地電源。</p><p>　　2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM。</p><p>　　3）電路更加簡潔，僅用一根I/O口實現測溫。<

70、;/p><p>　　要想使DS18B20進行精確的溫度轉換，I/O線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量，由于每個DS18B20在溫度轉換期間工作電流達到1mA，當幾個溫度傳感器掛在同一根I/O線上進行多點測溫時，只靠4.7K上拉電阻就無法提供足夠的能量，會造成無法轉換溫度或溫度誤差極大。</p><p>　　因此，圖6電路只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統(tǒng)中。并且工

71、作電源VCC必須保證在5V，當電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。</p><p>　　在制作中曾經就此電路做過實驗，在實驗中，降低電源電壓VCC，當低于4.5V時，測出的溫度值比實際的溫度高，誤差較大。當電源電壓降為4V時，溫度誤差有3℃之多，這就應該是因為寄生電源汲取能量不夠造成的吧，因此，在開發(fā)實際測溫系統(tǒng)時不使用此電路。</p><p>　　（2）DS1

72、8B20寄生電源強上拉供電方式電路圖</p><p>　　改進的寄生電源供電方式如下面圖10所示，為了使DS18B20在動態(tài)轉換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉換或拷貝到E2存儲器操作時，用MOSFET把I/O線直接拉到VCC就可提供足夠的電流，在發(fā)出任何涉及到拷貝到E2存儲器或啟動溫度轉換的指令后，必須在最多10μS內把I/O線轉換到強上拉狀態(tài)。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測

73、溫應用，缺點就是要多占用一根I/O口線進行強上拉切換。</p><p>　?。?）DS18B20的外部電源供電方式 </p><p>　　在外部電源供電方式下，DS18B20工作電源由VDD引腳接入，此時I/O線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度，同時在總線上理論可以掛接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統(tǒng)。注意：在外部供電的方式下，DS18B20的GND引

74、腳不能懸空，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是85℃。</p><p>　　外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。因此，在實際的設計開發(fā)中,我們使用外部電源供電方式。在外接電源方式下，可以充分發(fā)揮DS18B20寬電源電壓范圍的優(yōu)點，即使電源電壓VCC降到3V時，依然能夠保證溫度量精度。</p><p&

75、gt;　　溫度測量電路模塊如圖4-2所示。DSl8820工作電壓為3～5V，測量溫度范圍為-55～+125℃，用戶設置的報警溫度存儲在芯片內部EEPROM中，可掉電保持。它具有3引腳，當采用外部電源供電時，GND腳接地，VCC腳接電源，DQ腳作為信號端接單片機I/O口，電源腳和DQ腳間還需要外接一個約1k的上拉電阻，保證總線閑置時其狀態(tài)為高電平。DSl8B20可以將所采集到的溫度轉換為數字信號，然后通過DQ傳送至單片機，單片機從而啟動程

76、序存儲器中的測量程序，驅動數碼管顯示溫度值。</p><p>　　圖4-2 溫度檢測電路</p><p>　　4.2.2 濕度測量電路的設計</p><p>　　由于濕度為緩變信號，可利用MSP430單片機的省電工作方式實現濕度的低功耗測量。傳統(tǒng)的數字式濕度計一般需要幾個獨立的元器件如A／D轉換器、CPU和驅動芯片等，此電路僅由一片MSP430F149配以HM150

77、0濕度傳感器構成；而且由于MSP430F149同時具有節(jié)電檢測功能，此電路不需任何特殊的復位電路。</p><p>　　濕度計的簡單工作過程如下：濕度傳感器輸出的電壓信號通過片上ADCl2模數轉換模塊的A1通道傳入，在ADCl2模塊對信號進行采樣然后轉換成數字信號，由單片機經過相應的軟件算法把數字信號轉換成濕度值，最后，通過片上LED液晶驅動模塊顯示出來。當濕度計電路顯示實時最新數據后，MSP430F149處于空

78、閑狀態(tài)，在此期間內輔助時鐘(32kH)工作的模塊處于活動狀態(tài)，按該時鐘運行的內部定時器控制LED的工作頻率，使其保持并顯示最后的濕度讀數。經軟件延時規(guī)定的時間以后，此定時器產生中斷，中斷啟動CPU和內部高速振蕩器，再一次重復上述測量顯示過程。濕度值的采集由片上ADCl2模塊完成，ADCl2模塊能實現12位精度的模數轉換，通過軟件選擇通道。ADCl2提供單通道單次、序列通道單次、單通道多次、序列通道多次4種轉換模式，由于濕度計采用中斷方式

79、采集數據，所以選擇單通道單次轉換。</p><p>　　濕度檢測電路如圖4-3所示。集成濕度傳感器HM1500的輸出電壓在1～4V間隨濕度線性變化,電路設計主要采用差分式減法電路,精密電阻R3=R6=2.4kΩ,R4=R7=2kΩ, 用這四個電阻可調節(jié)增益。濕度傳感器HM1500檢測到的濕度對應的電壓信號從IN端輸入。差分的另一側輸入Vs,它是由 TL431 提供 2.5 V的精密電壓分壓后可得到1.0 V左右的

80、電壓。并由此可以得到輸出電壓的計算公式為:</p><p><b>　?。ㄊ?-1）</b></p><p>　　若輸入電壓在1～4V之間變化, 則輸出電壓就相應在0～2.5V之間變化。調節(jié)R1可以消除不同的濕度傳感器的零點誤差。該電路的測濕范圍為0～100%。</p><p>　　圖4-3 濕度檢測電路</p><p>

81、;　　4.2.3 電源轉換電路的設計</p><p>　　LM7805系列集成穩(wěn)壓器的典型應用電路圖，是一個輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采集成穩(wěn)壓器LM7805，C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，RL為負載電阻。當輸出電流較大時，LM7805應配上散熱板。</p><p>　　為提高輸出電壓的應用電路。穩(wěn)壓二極管VD1串接在LM7805穩(wěn)壓器2腳與地之間，可使輸出電壓Uo得

82、到一定的提高，輸出電壓Uo為7805穩(wěn)壓器輸出電 壓與穩(wěn)壓二極管VC1穩(wěn)壓值之和。VD2是輸出保護二極管，一旦輸出電壓低于VD1穩(wěn)壓值時，VD2導通，將輸出電流旁路，保護LM7800穩(wěn)壓器輸出級不被 損壞。</p><p>　　AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調版與多種固定電壓版，設計用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。在最大輸出電流時，AMS1117器件的壓差保證最大不超過1.3V，并隨負載電流的減小而逐漸降

83、低。</p><p>　　AMS1117的片上微調把基準電壓調整到1.5%的誤差以內，而且電流限制也得到了調整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。</p><p>　　高效線性穩(wěn)壓器 后置穩(wěn)壓器，用于交換式電源 5V至3.3V線性穩(wěn)壓器、電池充電器、有源SCSI終端、筆記本電源管理、電池供電設備。</p><p>　　電源轉換電路如圖4-4、圖4-5所示

84、。圖4-4顯示的為220V電壓轉換為5V電壓。電壓轉換中，使用LM7805 轉換為5V電壓。圖4-5顯示的為5V電壓轉換為3.3V電壓。電壓轉換中，使用AMS1117轉換為3.3V電壓提供整體電路中的使用電源。并且在5V～3.3V轉換電路中，采用了電池供電的方式。在不能連接到外接220V電源的情況下或外接220V電源突然停電的情況下，可以使用電池對單片機進行供電，可以防止電路突然中斷。</p><p>　　圖4-

85、4 220V電源轉換為5V電源</p><p>　　圖4-5 5V電源轉換為3.3V電源</p><p>　　4.2.4 顯示電路的設計</p><p>　　與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發(fā)光的強弱。由于有

86、這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導體數碼管，每個數碼管可顯示0～9十個數目字。</p><p>　　數碼管的一種是半導體發(fā)光器件，數碼管可分為七段數碼管和八段數碼管，區(qū)別在于八段數碼管比七段數碼管多一個發(fā)光二極管單元，其基本單元是發(fā)光二極管。</p><p>　　數碼管是一類價格便宜 使用簡

87、單，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，使其發(fā)亮，從而顯示出數字能夠顯示 時間、日期、溫度等所有可用數字表示的參數的器件。</p><p>　　將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于

88、單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。</p><p>　　顯示電路設計如圖4-5所示。該電路采用四位七段數碼管動態(tài)掃描顯示的方式, 當單片機從ADIN1和ADIN2口采集到溫濕度數據以后,在LED的前4位顯示溫度數值，精確度為小數點后兩位；在LED的后4位顯示相對濕度數值，精確度為小數點后兩位（百分比）。由于單片機IO口有限,

89、該系統(tǒng)又采用兩片SNJ54HC373芯片擴展了 8個IO口以滿足設計要求。為了保證電平兼容,這部分電路均采用3.3V 電壓供電。</p><p>　　圖4-5 顯示存儲電路</p><p>　　第5章 軟件程序設計</p><p>　　5.1 軟件開發(fā)環(huán)境IAR FOR MSP430</p><p>　　IAR Systems是全球領先的嵌入

90、式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務的供應商。公司成立于1983年，迄今已有27年，提供的產品和服務涉及到嵌入式系統(tǒng)的設計、開發(fā)和測試的每一個階段，包括：帶有C/C++編譯器和調試器的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)、實時操作系統(tǒng)和中間件、開發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機建模工具。</p><p>　　國內普及的MSP430開發(fā)軟件種內不多，主要有IAR公司的Embedded Workbench for MSP430（簡稱為EW430）和A

91、Q430。</p><p>　　目前IAR的用戶居多。IAR EW430軟件提供了工程管理，程序編輯，代碼下載，調試等所有功能。并且軟件界面和操作方法與IAR EW for ARM等開發(fā)軟件一致。因此，學會了IAR EW430，就可以很順利地過渡到另一種新處理器的開發(fā)工作。</p><p>　　5.2 程序設計整體方案</p><p>　　整體的溫濕度檢測系統(tǒng)的顯示

92、部分為2塊LED板，分別顯示溫度與濕度。高四位顯示溫度數值，第四位顯示濕度數值。通過Case語句顯示電路的溫濕度數值。并且在共陰極的LED數碼管上，我們需要將原來的LED顯示代碼做鏡像的處理。如原字符“0”的代碼為0x3f，在鏡像轉換之后，我們的顯示代碼為0xd7，整體的共陰極LED顯示代碼在主程序中將會有具體的顯示。鏡像后顯示代碼如下：</p><p>　　0xd7——//*"0"*//

93、 0x14——//*"1"*// 0xcd——//*"2"*// 0x5d——//*"3"*// </p><p>　　0x1e——//*"4"*// 0x5b——//*"5"*// 0xdb——//*"6"*// 0x15——//*"7"*/

94、/ </p><p>　　0xdf——//*"8"*// 0x5f——//*"9"*// 0X9F——//*"A"*// 0XDA——//*"b"*//</p><p>　　0XC3——//*"C"*// 0XDC——//*"d"*// 0XCB—

95、—//*"E"*// 0X8B——//*"F"*//</p><p>　　在對溫度進行檢測與顯示的過程中，對于DS18B20溫度傳感器在驅動的時候，需要達到脈沖的標準，需要有一個1微秒的脈沖。在硬件設計的過程中，我采用了一個8MHz的高晶振，所以在軟件的設計過程中，也需要對其進行八分之一的分頻，編程1兆，一兆分之一就是1微秒，這樣就可以達到精確的一微秒的延時。以確保DS

96、18B20能夠進行正常的工作。對8MHz的具體程序如下：</p><p>　　/*------選擇系統(tǒng)主時鐘為8MHz-------*/</p><p>　　BCSCTL1 &= ~XT2OFF; //打開XT2高頻晶體振蕩器</p><p><b>　　do</b></p><p&g

97、t;<b>　　{</b></p><p>　　IFG1 &= ~OFIFG; //清除晶振失敗標志</p><p>　　for (i = 0xFF; i > 0; i--); //等待8MHz晶體起振</p><p><b>　　}</b></p>&l

98、t;p>　　while ((IFG1 & OFIFG)); //晶振失效標志仍然存在？</p><p>　　BCSCTL2 |= SELM_2 + SELS; //MCLK和SMCLK選擇高頻晶振</p><p>　　在整體的顯示電路顯示之前，我們需要對LED顯示屏進行初始化。在硬件設計當中，選用了SNJ54AHC373J的存儲器

99、，進行對數據的存儲。所以在開始對整體LED進行初始化的時候需要注意在復位的時候首先要對P4.0進行復位，這個時候需要保持P4.1置1，這樣才能保證寄存器當中的數據進行復位。在復位前，要定義P3.0到P3.7，P4.0，P4.1為輸入輸出端口，再進行復位工作。部分軟件如下：</p><p>　　P3DIR=0xff; //設置P3端口為輸入輸出端口</p><p&g

100、t;　　P4DIR=0x03; //設置P4.0，P4.1端口為輸入輸出端口</p><p>　　P3OUT=0x00; //P3端口復位 </p><p>　　P4OUT|=0x02; //P4.1端口復位，P4.0置1 </p><p>　　P4OUT&=~0x0

101、2; //P4.0置0，P4.1置0</p><p>　　P3OUT=0xff; //P3端口置1</p><p>　　P4OUT|=0x01; //P4.1端口復位，P4.0置1 </p><p>　　P4OUT&=~0x01; //P4.0置0，P

102、4.1置0</p><p>　　P6SEL |= 0x01; //P6.0端口設置為A/D轉換功能</p><p>　　在顯示程序部分，我們需要對8位LED進行數位的選擇。需要由LED顯示具體顯示哪個一個值。Switch——case語句可以幫助我們對數位進行選擇。LED1上由高到低依次分別為：dN[5]、dN[4]、dN[3]、dN[2]；LED2上數位由高到低

103、依次分別為DispBuf[0]、DispBuf[1]、DispBuf[2]、DispBuf[3]。這樣，通過Switch——case語句，就可以實現對數位的選擇判斷，達到顯示的目的。本段程序為調用LED顯示子函數查詢數組，LED顯示具體顯示哪一個數值。本段程序如下：</p><p>　　switch(led_disp_bit) </p><p><b&

104、gt;　　{ </b></p><p>　　case 1:led_display(led_table[dN[5]]); break;</p><p>　　case 2:led_display(led_table[dN[4]]+0X20); break;</p><p>　　case 4:led_display(led_table[dN[3]]); b

105、reak;</p><p>　　case 8:led_display(led_table[dN[2]]); break;</p><p>　　case 16:led_display(led_table[DispBuf[0]]); break;</p><p>　　case 32:led_display(led_table[DispBuf[1]]+0X20); bre

106、ak;</p><p>　　case 64:led_display(led_table[DispBuf[2]]); break;</p><p>　　case 128:led_display(led_table[DispBuf[3]]); break;</p><p><b>　　} </b></p><p>　　5.3

107、 溫度測量程序</p><p>　　5.3.1 DS18B20溫度傳感器的驅動</p><p>　　DS18B20為數字信號的溫度傳感器。由于SMP430單片機不能直接顯示數字信號傳感器所傳輸的信息，所以需要對其進行軟件上的驅動，以便檢測到的數據可以進行顯示。在驅動程序中含有9個部分，其中包括：實現N個微秒的延時、對DS18B20進行復位操作、向DS18B20寫入一個字節(jié)的數據、從DS1

108、8B20讀取一個字節(jié)的數據、發(fā)送跳過讀取產品ID號命令、發(fā)送溫度轉換命令、發(fā)送讀ScratchPad命令、從DS18B20的ScratchPad讀取溫度轉換結果、控制DS18B20完成一次溫度轉換。通過以上的驅動程序，對本次設計中的溫度傳感器DS18B20進行軟件驅動，與部分顯示程序的調用。附件1為DS18B20的驅動程序及其相應的說明。</p><p>　　5.3.2 溫度的測量與顯示程序</p>

109、<p>　　前文已經說到，DS18B20在工作時對脈沖等級有要求，所以選擇對8MHz的晶振，并且對其進行八分之一的分頻，確保工作時間達到1微秒。在DS18B20正常工作時，由于DS18B20是數字量輸出，所以需要通過程序對測量出的數據進行數模轉換。溫度顯示精確到小數點后兩位，所以采用FOR循環(huán)語句：</p><p>　　for（i=0;i<4;i++)dN[Ii]=0</p>&l