论文研究-基于msp430单片机的温湿度监测系统设计 .pdf

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基于msp430单片机的温湿度监测系统设计,朱星玥,季仁东,基于越来越多的场合所需要及时监测环境温湿度的需求,本文给出了基于MSP430单片机的温湿度监测系统的设计方案,系统以MSP430单片机为
山国武技论文在丝 的内部结构与功能 的内部结构框图如图所示。 Calibration SCK %RH Memory Sensor DATA Digital 2. wire D Interface & CRC generator GND VDD Sensor 图 内部结构框图 传感器默认的测量温度和相对湿度的分辨率分别为位、位,通过状态寄存器可 降至位、位.湿度测量范围是%~%,对于位的分辨率为.%,测 温范围为 ℃,对」位的分辨率为.℃。每个传感器芯片都在极为精确的 湿度室中进行标定,校准系数以程序肜式储存在内存中,在测量过程中可对相对湿度 自动校准,在测量过程中,校准系数会自动校准米自传感器的信号,使 具有% 的互换性。其测量原理是利用传感器分别广生的相对湿度、温度的信号,然后经过放大,分 别送至转换器进行模数转换、校准和纠错,最后通过线申行接口将相对湿度及温度 的数据送至 单片机。 的通信 开始传送。一个“传输开始”命令必须发出。其过程为当是高电平时 线是 低电平,接着给出一个低脉冲,当再次为高电平时 再次升高。如图所 示。接下来的命令序列由三个地址位(只有是日前支持的)和五个命令位组成。 通过第八个时钟的下降沿后的 的下拉引脚来指小命令的正确接收。在时 钟的第九个下降沿时, 线被释放(升为高电平),如图所示。传输两个字节的测量 数据和个字节的校验和传输,必须通过 线的下拉引脚接收每个字节。 DATA SCK 图 开始传输时序图 山国武技论文在统 DATA 僖關始 SCK AA4s/飞 图 复位时序图 连接复位顺序。如果与 传感器的通讯中断,下列信号顺序会使串口复位;即当 线处于高电平时,触发次以上,此后应接着发一个“传输开始”命令。 温湿度测量时序。当发出了温(湿)度测量命令后,控制器就要等到测量完成。使用 位的分辨率测量分别需要大约 的时间。为表明测量完成, 会使数据线为 低,此时控制器必须重新启动,然后传送字节的测量数据与字节校验和。控 制器必须通过使 为低来桷认每个宇节,所有的量均从右算,列于第·位。通 讯在确认数据位后停止。如果没有用 校验和,则控制器就会在测量数据 后保持为高米停止通讯, 在测量和通讯完成后会自动返回睡眠模式。 显示和按键模块 系统的显示模垗采用位数码管显示,加上的按键模坎控制。其中 分别在数 码管上显示当前温度和湿度, 显示,方便硬件调试。 报警模块 系统呆用了声光报警。若系统检测到周围环境的温湿度超过或低于沨量的要求范围,则 单片机驱动接口的闪烁,同时蜂鸣器响起,提醒报警。 系统调试 的实验测试中,按键,可以在数码管上显示岀当前温度,按键,可以显示当前湿度 按键和,显示数字“”。 为了检验显示温湿度的正确性,利用可以显示温湿度的闹钟与 放在离加热 到一定温度的热水旁,观察其读数变化并记录。表为闹钟与监测的温湿度记录结果 对比。 表温湿度结果对比 测量次数 测量的温闹钟显示的温度测量的湿问钟显示的湿度 度℃ 度( 山国武论文在线 温湿度闹钟的参数 温度测量范围:℃ 温湿度测量精度 温度分辨率 湿度测量范围: 湿度分辨率: 从得到的实验结果可以看山 测量出来的温度值与闹钟显示的数值很接近,而相对 温度与闹钟的显示数值有大概到的误差,但在温湿度闹钟的测量精度的误差范围内。 此款温湿度闹钟使用方便,取样时间秒,灵敏度和节能性兼顾,测量精度相对较高,价 低廉。但由于它只需满足平时空气的温湿度监测,因此测量的上下限范围相对而言比较小 在用两种不同的仪器测量温湿度的时候, 是即时显示当前温湿度,可以较快的得到 实时数佰,而温湿度闹钟需要时间的取样刷新,所以相对于 来说要得到当前温湿 度时间较长,且测量数据也不如 精准。综上,此款以 为作为温湿度监测芯片 的温湿度监测仪能够进行实时的温湿度监测,并且可以实现超限报警的功能。 软件设计 的在系统软件设计中,采用模块化设计方法,使得程序结构清晰,便于进步扩展。 整个程序主要包括了主程序、温湿度薮据釆集、数码管显示、按键处理、声光报警等模块的 设计 图是监测仪主程序流程图,在程序设计时采用按键选择的结构,主要为温湿度显示选 择。按键后,由单片机系统判断,若为则显示当前温度;若为,则显示当前湿度;若 为或者,则显示“”。最后判断温湿度有没有超限,若超限,则进入声光报警, 闪烁和蜂鸣器响起;若正常,则继续测量温湿度。 本系统的温混度测量模块中, 的2口与 单片机普通的口相连接。 温湿度测量程序放在定时器的中断服务程序里。中断服务程序包括了:“写”命令子程序、 “读”命令子程序、数值计算子程序和显示子程序,最后将实际温湿度值存储于个固定存 储单元中,温、湿度各占一个单元。 山国武技论文在丝 开始 初始化 温温度采集 豆示温湿度 采集值与设定值比 温湿度超限。 Y 声光报警 图系统流程图 结论 本文从理论设计和实际测量出发,对温度、湿度监测与报警系统展开分析和硏究。在传 统的温湿度监沨和报警系统的基础上加以改进,设计岀低功耗的温滉度监测系统。对设计的 系统,可以得到以下结论 ()采用 为核心器件进行温湿度测量和控,具有成木低、抗十扰能力 强等特点。本文将 结合起来,设计了低功耗、高性能的测量系统。 ()系统的软件程序采用语言完成,大大提高了开发调试的⊥作效率。理论和实践 证明该监控系统具有髙可靠性、高性价比、控制简单方便等优点,提高了控制的精度。 是单片集成的数字温湿度传感器,所有信号的调理都由芯片完成,采用 总线实现通信,直接输岀数字信号。这既解决了传统湿敏电阻和热敏电阻带来的电路复杂 的问题,又避免了人量安装多个传感器所面的高成本等问题。通过软硬件测试证明该系统能 够安全可靠的运行测量误差小,具有良好的应用效果。 参考文献 木旭光,刘建辉农业大棚的温湿度控制系统自动化技术与应用, 张全国,徐广卬,杨群发等户用钢制辅热式沼气发酵系统试验砂究太阳能学报, 胡大可 系列单片机语言程序设讣与开发北京:北京航空航天大学出版社 任卉 将功耗进行到底世界电子元件群 山国武技论文在丝 江思敏,姚鹏翼,胡烨 电路原理及设计北京:机械工业出版社 张艳丽,张勇基于 的温湿度探制器自动测量与控制,(): 张艳丽,杨仁弟数字温湿度传感器 及应用矿自动化, 工武礼,杨华基于 的仓粮温湿度测控系统的设计仪表技术与传感器 樊建明,陈渊睿基于 的温室多点测量系统设计国外电子测量技术 冯显英,葛荣兩基于数字温湿度传感器 的温湿度测控系统自动测量技术 谢楷,赵建 系列单片机系统工程设计与实践北京:机械工业出版社, 裴素萍,吴必瑞,刘禹基于 的水泥养护箱温湿度控制系统中原工学院学报,() 齐秋红,马斌,韩中华,赵健基于的智能健筑室内温湿度检测楼宇自动化

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