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MSP430 的PDF資料 下載 ,535319K

MSP430 的貨源和報(bào)價(jià) MSP430 的相關(guān)技術(shù)信息

其他型號(hào)

基于 MSP430 的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)分析

電子愛(ài)好者博客

　　摘要：基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫濕度的需求，本文提出了基于MSP430 單片機(jī)的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)以MSP430 單片機(jī)為核心，采用溫濕度傳感器SHT11 芯片，對(duì)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具有溫濕度采集和實(shí)時(shí)顯示及超過(guò)設(shè)置上、下限溫濕度自動(dòng)報(bào)警等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有成本低、環(huán)境采集誤差小，可提高作業(yè)效率等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　0 引言

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，許多情況下都需要對(duì)環(huán)境的溫濕度進(jìn)行限定。因此，為了隨時(shí)可以檢測(cè)環(huán)境溫濕度以進(jìn)行監(jiān)測(cè)，減少由于溫濕度對(duì)工程帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，本文設(shè)計(jì)基于SHT11 對(duì)溫濕度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫濕度的監(jiān)測(cè)。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 總體結(jié)構(gòu)

　　溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以msp430 為核心，采用溫濕度傳感器SHT11測(cè)量溫濕度，系統(tǒng)由溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊、主控模塊、顯示模塊、按鍵模塊組成，由溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，處理之后根據(jù)按鍵操作完成相應(yīng)的溫度和濕度顯示，并且具有超限報(bào)警的功能，圖1 為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

　　1.2 硬件選型

　　1.2.1 主控模塊

　　MSP430 單片機(jī)是由TI 公司推出的一系列超低功耗微處理器。它的顯著特性是具有超低功耗，有5 個(gè)低功耗模式可供選擇；數(shù)字控制的振蕩器可以使硬件從低功耗狀態(tài)快速轉(zhuǎn)化到喚醒狀態(tài)，可以在少于6μs 時(shí)間內(nèi)達(dá)到激活工作方式；開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和C 語(yǔ)言等特點(diǎn)。以上特性使之成為電池供電便攜設(shè)備的首選微處理器。

　　1.2.2 溫濕度監(jiān)測(cè)模塊

　　本設(shè)計(jì)采用SHT11 傳感器測(cè)量溫濕度。溫濕度測(cè)量芯片由一個(gè)電容式聚合體測(cè)濕元件和一個(gè)能隙式測(cè)溫元件組成，并與14位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以及串行接口電路無(wú)縫連接。因此，該芯片與其他同類(lèi)芯片相比，具有抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、相應(yīng)時(shí)間極短、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)勢(shì)。

　　SHT11 的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

　　SHT11 傳感器測(cè)量溫度和相對(duì)濕度的默認(rèn)精度分別為14 位、12 位，如果設(shè)置狀態(tài)寄存器，可將精度降至12 位、8 位�？梢詼y(cè)量溫度的范圍為-40 ~ 123.8℃，如果設(shè)置的精度為14 位，則溫度分辨率為0.01℃ ;可以測(cè)量的濕度范圍為0% ~ 100%RH,如果設(shè)置的精度為12 位，則濕度分辨率為0.03%RH .SHT11傳感器芯片在出廠前，進(jìn)行了極為精確的濕度標(biāo)定，校準(zhǔn)系數(shù)在OTP 內(nèi)存以程序形式進(jìn)行儲(chǔ)存。在測(cè)量過(guò)程中，程序能夠?qū)ο鄬?duì)濕度自動(dòng)校準(zhǔn)，傳感器的信號(hào)的校準(zhǔn)與校準(zhǔn)系數(shù)相關(guān)。SHT11 芯片利用溫濕度傳感器分別產(chǎn)生的相對(duì)溫度、相對(duì)濕度模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器進(jìn)行信號(hào)放大，然后經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)校準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過(guò)RS232 串行接口將相對(duì)溫度及濕度傳送到MSP430 單片機(jī)進(jìn)行處理。

　　如圖3、4 所示，SHT11 的傳輸過(guò)程為當(dāng)SCK 是高電平時(shí)DATA線(xiàn)是低電平，接著SCK 給出一個(gè)低脈沖，當(dāng)SCK 再次為高電平時(shí)DATA 再次升高。之后的命令序列由三個(gè)地址位（目前支持只000）和五個(gè)命令位組成。SHT11 通過(guò)第八個(gè)SCK 時(shí)鐘的下降沿后的DATA 的下拉引腳來(lái)指示命令的正確接收。在SCK 時(shí)鐘的第九個(gè)下降沿時(shí)，DATA 線(xiàn)被釋放（升為高電平），如圖4 所示。傳輸兩個(gè)字節(jié)的測(cè)量數(shù)據(jù)和一個(gè)字節(jié)的CRC 校驗(yàn)和傳輸，μC 必須通過(guò)DATA 線(xiàn)的下拉引腳接收每一個(gè)字節(jié)。

　　當(dāng)外部與SHT11 傳感器芯片的之間的通信突然中斷，則依據(jù)下面的時(shí)序可以使串口復(fù)位：如圖4 所示，置位DATA 線(xiàn)處于高電平，觸發(fā)SCK 脈沖9 次以上，緊接著在SCk 線(xiàn)上傳送一個(gè)“傳輸開(kāi)始”命令序列。當(dāng)執(zhí)行溫（濕）度測(cè)量命令序列后，溫濕度測(cè)量控制器需要測(cè)量完成后才能接受新的命令。當(dāng)使用12 位和14 位測(cè)量精度時(shí)，分別需要55 和210ms 的測(cè)量時(shí)間。當(dāng)一次測(cè)量完成時(shí)，SHT11 芯片將置位數(shù)據(jù)線(xiàn)為低電平，此時(shí)溫濕度測(cè)量控制器必須重新啟動(dòng)SCK 信號(hào)后，傳輸2 字節(jié)的隨機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)和1 字節(jié)CRC校驗(yàn)和。溫濕度測(cè)量控制器必須通過(guò)置位DATA 線(xiàn)為低電平，來(lái)確認(rèn)接收的每一個(gè)字節(jié)，接收到數(shù)據(jù)是以MSB 序列傳輸?shù)�。溫濕度測(cè)量控制器在確認(rèn)CRC 數(shù)據(jù)正確后便停止工作，如果CRC-8 校驗(yàn)和不存在或沒(méi)有被是以，則溫濕度測(cè)量控制器在接收到LSB 位后保持SCK 線(xiàn)為高電平來(lái)停止數(shù)據(jù)的傳輸，SHT11 芯片會(huì)在測(cè)量溫濕度和數(shù)據(jù)通信完成后，返回睡眠模式自動(dòng)節(jié)能。

　　1）顯示和按鍵模塊

　　系統(tǒng)的顯示模塊采用8 位數(shù)碼管顯示，加上4*1 的按鍵模塊控制。其中K1、K2 分別在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前溫度和濕度，K3、K4 顯示0,方便硬件調(diào)試。

　　2）報(bào)警模塊

　　系統(tǒng)采用了聲光報(bào)警。若系統(tǒng)檢測(cè)到周?chē)�環(huán)境的溫濕度超過(guò)或低于測(cè)量的要求范圍，則單片機(jī)驅(qū)動(dòng)P3.5 接口的LED 閃爍，同時(shí)蜂鳴器響起，提醒報(bào)警。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)程序主要包括了主程序、溫濕度數(shù)據(jù)采集、數(shù)碼管顯示、按鍵處理、聲光報(bào)警等模塊的設(shè)計(jì)。

　　圖5 是監(jiān)測(cè)儀主程序流程圖，在程序設(shè)計(jì)時(shí)采用按鍵選擇的結(jié)構(gòu)，主要為溫濕度顯示選擇。按鍵后，由單片機(jī)系統(tǒng)判斷，若為K1,則顯示當(dāng)前溫度；若為K2,則顯示當(dāng)前濕度；若為K3 或者K4,則顯示“0”.最后判斷溫濕度有沒(méi)有超限，若超限，則進(jìn)入聲光報(bào)警，LED 閃爍和蜂鳴器響起；若正常，則繼續(xù)測(cè)量溫濕度。

　　本系統(tǒng)的溫濕度測(cè)量模塊中，SHT11 芯片的I2C 口與MSP430 單片機(jī)通用I/O 口連接進(jìn)行數(shù)據(jù)命令的傳輸。溫濕度測(cè)量程序放在定時(shí)器的中斷服務(wù)程序里，系統(tǒng)自動(dòng)判斷事件后調(diào)用“寫(xiě)”命令子程序、“讀”命令子程序、數(shù)值計(jì)算子程序和顯示子程序，最后將實(shí)際溫濕度值存儲(chǔ)于2 個(gè)固定存儲(chǔ)單元中，溫、濕度各占一個(gè)單元。

　　3 系統(tǒng)測(cè)試與分析

　　為了檢驗(yàn)SHT11 顯示溫濕度的正確性，利用可以顯示溫濕度的鬧鐘與本系統(tǒng)放在離加熱到一定溫度的熱水旁，觀察其讀數(shù)變化并記錄。表1 為鬧鐘與本系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的溫濕度記錄結(jié)果對(duì)比。

　　溫濕度鬧鐘的參數(shù)：

　　溫度測(cè)量范圍：-20℃~ +60℃

　　溫濕度測(cè)量精度：±1.0℃（15℃~ 30℃）

　　±5%RH（40%RH ~ 80%RH）

　　溫度分辨率：0.1℃

　　濕度測(cè)量范圍：10%RH ~ 99%RH

　　濕度分辨率：1%RH

　　從得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，系統(tǒng)測(cè)量出來(lái)的溫度值與鬧鐘顯示的數(shù)值很接近，而相對(duì)溫度與鬧鐘的顯示數(shù)值有大概1% 到2% 的誤差，但在溫濕度鬧鐘的測(cè)量精度的誤差范圍內(nèi)。在用兩種不同的儀器測(cè)量溫濕度的時(shí)候，本系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫濕度，可以較快的得到實(shí)時(shí)數(shù)值，而溫濕度鬧鐘需要5s 時(shí)間的取樣刷新，所以相對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)要得到當(dāng)前溫濕度時(shí)間較長(zhǎng)，且測(cè)量數(shù)據(jù)也不如本系統(tǒng)精準(zhǔn)。

　　4 結(jié)論

　　本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，設(shè)計(jì)出低功耗的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)軟硬件測(cè)試證明該系統(tǒng)能夠安全可靠的運(yùn)行測(cè)量誤差小，具有良好的應(yīng)用效果。