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基于单片机的便携式环境监测仪设计 .doc
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基于单片机的便携式环境监测仪设计 .doc
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基于单片机的便携式环境监测仪设计
摘要 温湿度和气压是环境中重要的物理参数,人类的生存和社会活动与温湿度、气压
密切相关。在生产和生活中的许多场合,不论是仓库管理、图书保存,还是工业生产、
居民生活,都对环境中的温湿度、气压有一定的要求,在某些行业中对温湿度、气压的
要求更高。因此,对环境中温湿度、气压的检测和控制显得尤为重要,温湿度、气压的
检测在很多现代科技领域中也成为一项重要技术。并且随着人们生活水平的提高,人们
对自己的生存环境越来越关注,而且温湿度、气压的变化与人体的舒适度和情绪也有直
接的影响,所以对温度、湿度、气压的检测就非常有必要了。
便携式环境测试仪的设计采用智能化的测量方法实现对温度、湿度、气压的检测。
该系统以 MSP430 单片机作为主控芯片,采用了具有精度高、成本低、体积小、接口简
单等优点的 SHT11 温湿度传感器实现温度与湿度的检测,气压传感器 MPX4105 实现气
压的检测,采用点阵字符型 LCD 显示温湿度字母、数字。
该环境监测仪结构简单,并能 很 好 的 满 足 许 多 环 境 中 对 温 湿 度 及 气 压 检 测
范 围 和 精 度 的 要 求 。
关 键 词 : MSP430 单片机 传感器 温湿度 气压
Portable Environmental Monitor based on Single-Chip Microcomputer
Abstract The humiture and atmospheric pressure are important physics parameters of
environment, human being's survival and public activities go hand in hand with the
parameters. many situations that are in the production and the life, not only warehouse
management, preservation of books, but also industrial production, residents life, all have
certain request to the humiture and the atmospheric pressure of the environment, some
professions have higher requirements. Therefore,it appears very important to examination
and control the humiture and the atmospheric pressure of the environment, and
humiture-atmospheric pressure detecting becomes an important technology in many modern
science and technology fields.
The humiture and atmospheric pressure double parameters of the intelligent design test
method for measuring temperature, humidity detection. This system to MSP430 single-chip
microcomputer as the main control chip, have used the high precision, low cost, small volume,
simple interface of the advantages of SHT11 temperature ,humidity sensor and MPX4105
realize temperature and humidity test, The dot matrix characters type LED display
temperature and humidity letters, Numbers.
That instrument structure is simple, and can satisfy the request of range and accuracy of
the humiture and atmospheric pressure checks in various environments.
Keywords:MSP430 microcontroller Sensor Humiture atmospheric pressure
目 录
1 绪论..................................................................................................................................1
1.1 选题背景..................................................................................................................1
1.2 环境监测仪发展过程..............................................................................................2
1.3 环境监测仪发展前景..............................................................................................3
2 环境监测仪的工作原理及主要器件介绍......................................................................4
2.1 整体设计思路...........................................................................................................4
2.2 单片机 MSP430.......................................................................................................5
2.2.1 单片机 MSP430 简介...................................................................................5
2.2.2 单片机 MSP430 主要特点...........................................................................5
2.2.3 单片机 MSP430 工作模式...........................................................................7
2.2.4 单片机 MSP430 端口介绍...........................................................................8
2.3 温湿度传感器 SHT11 ...........................................................................................10
2.3.1 温湿度传感器 SHT11 介绍 .......................................................................10
2.3.2 温湿度传感器 SHT11 特点及应用领域 ...................................................10
2.3.3 温湿度传感器 SHT11 工作原理 ...............................................................11
2.4 气压传感器 MPX4105 .............................................................................................14
2.5 I
2
C 总线定义........................................................................................................15
3 系统硬件的设计............................................................................................................17
3.1 温湿度传感器 SHT11 电路 ...................................................................................17
3.2 气压传感器 MPX4105 ...........................................................................................18
3.3 LCD 显示................................................................................................................18
3.4 复位电路部分.........................................................................................................21
3.5 时钟电路部分.........................................................................................................22
3.6 超限处理电路.........................................................................................................25
3.7 键盘电路.................................................................................................................26
4 系统软件设计................................................................................................................27
4.1 监测仪所支持的功能............................................................................................27
4.2 监测仪的工作流程................................................................................................27
4.3 C 语言开发的优势 .................................................................................................30
5 系统调试与运行............................................................................................................31
5.1 proteus 软件介绍 ....................................................................................................31
5.2 proteus 电路功能仿真 ............................................................................................33
5.3 proteus 对本设计的部分仿真 ................................................................................34
结论......................................................................................................................................35
致谢......................................................................................................................................36
参考文献..............................................................................................................................37
附录......................................................................................................................................38
1 绪论
1.1 选题背景
日常生活中,档案馆、图书馆、精密仪器室、超净车间等诸多场所都对环境温湿度
有严格的要求,温湿度集散控制技术也是比较常见的应用技术。环境中的温湿度直接影
响着动植物的生长。以农业为例,温湿度不仅直接影响植物的生长发育,且农产品及农
药化肥等在存储及运输过程中极易受环境温湿度的变化而出现发霉变质等情况;环境温
湿度对医疗卫生领域也具有重要的意义,药品、疫苗及其他医疗用品在生产、加工、存
储及运输等各个环节对环境温湿度有着严格的要求,不良的环境温湿度会引起医疗用品
的实效变质,直接威胁到患者的生命安全。环境温湿度检测可有效地避免上述情况的发
生,并为温湿度管理提供可靠地实验数据。温湿度的测量可以使用温湿度监测仪,它是
环境记录仪中的一项,随着科技的进步,温湿度的相关监测仪表也向着智能化、小型化、
低功耗的方向发展。在这个发展过程中,单片机发挥了重要的作用,本文介绍的湿度监
测仪就是以单片机作为核心控制器设计的。它具有体积小、操作简单、测量精度高和抗
干扰能力强等优点,能 很 好 的 满 足 许 多 环 境 中 对 温 湿 度 检 测 范 围 和 精 度 的 要
求 。
数字气压计是利用压敏元件将待测气压直接变换为容易检测、传输的电流或电压信
号,然后再经过后续电路处理并进行实时显示的一种设备。其中的核心元件就是气压传
感器,它在监视压力大小、控制压力变化以及物理参量的测量等方面起着重要作用。运
用于气压计的气压传感器基本都是依靠不同高度时的气压变化来获取气压值的。相对比
于普通的水银气压计,有准确易读,易携带的优点。
气象学研究表明,在垂直方向上气压随高度增加而降低。例如在低层,每上升 100m
气压便降低 10hPa;在 5~6km 的高空,高度每增加 100m,气压便会降低 7hPa;而当
高度进一步增加时,即到 9~10km 的高空之后,高度每增加 100m,气压便会降低
5hPa;同样,若空气中有下降气流时,气压会增加;若空气中有上升气流时,作用于空
气柱底部的气压就会减小。一般把作用于单位面积上空气柱的重量称为大气压力。
数字气压计大量应用在各种工矿企业,野外作业,消费类电子产品等等的地方。需
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