基于MSP430单片机的环境参数监测仪的设计制作
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基于MSP430F149的土壤环境自动监测系统设计作者:白宇杨磊王亚妮来源:《城市建设理论研究》2013年第05期摘要:本文设计一套基于MSP430F149芯片性能稳定可靠、自动化程度高、操作简便的土壤环境自动检测系统。
主要是针对大兴安岭地区冻土层来实现高精度自动监测、远程自动传输、数据自动分析处理功能。
通过现场系统安装调试,该系统完全可以实现对土壤环境的高精度实时监测。
关键词:MSP430F149;土壤环境;冻土层;自动监测Abstract: This piper design a set of automatic detection system based on MSP430F149 chip performance is stable and reliable, high degree of automation, easy to operate, the temperature of the permafrost. This paper focus on The Daxinganling region soil environment of perennial high-precision automatic monitoring, remote automatic transmission, automatic data analysis and processing functions. Through the field system installation and debugging, the system can achieve high-precision real-time monitoring of the soil environment.Keywords: MSP430F149;soil environment ; permafrost; automatic monitoring 中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:0 引言大兴安岭地区广泛分布着多年冻土层。
基于单片机的室环境监测仪的设计摘要本系统满足室环境变量实行全面、实时、长期监测的要求, 实现室环境温湿度、可燃气体浓度检测的自动化和智能化。
系统以单片机为核心,以温度、湿度传感器,气敏传感器作为测量元件,通过单片机与智能传感器相连,采集并存储智能传感器的测量数据,经过分析处理将结果显示于LCD液晶屏。
在单片机系统中,还要实现超限报警和数据辅助存储功能。
本设计主要做了如下几方面的工作:一是确定系统的总体设计方案:包括系统应具备的功能、达到的技术指标、系统的设计原则;二是整个系统和各个模块的硬件和软件的设计:传感器的静动态特征分析使用、使用单总线技术的SHT11数字温湿度传感器的测温湿电路以及程序设计、使用气敏传感器MQ211进行数据采集的电路以及程序设计;三是报警、按键的电路和程序设计。
该设计对室温湿度实现了检测与显示,而对CO和甲烷等有害气体完成超标报警,为人们的生活、娱乐及公共场所的环境提供了一种有效的防护系统。
关键词:单片机,STC89C52,SHT11,温湿度监测,MQ211,室环境MCU-BASED INDOOR EVENVIRONMENTAI MONITORING SYSTEMABSTRACTThe system meets the implementation of a comprehensive indoor environmental variable, real-time, long-term monitoring requirements. System microcontroller core, temperature, humiditysensors, gas sensors as measuring devices, smart sensors through theMCU and connect smart sensors collect and store measurement data,through analyzing and processing the results shown in the LCD liquidcrystal screen. In the SCM system, but also assisted to achieveover-limit alarm and data storage capabilities.This design made the following main aspects of work:First,determine the system's design program: including system should havefunctions to the technical specifications, system designprinciples;Second, the whole system and each module of the hardwareand software design: static and dynamic characteristics of thesensor to use, single-bus technology SHT11 digital temperature andhumidity sensors measuring temperature and humidity circuit andprogram design, use of gas sensor data acquisition MQ211 circuit andprogram design;Third alarm, circuit and button programming.The design of the indoor temperature and humidity to achieve thedetection and display, while CO and methane, and other harmful gasesto complete excessive alarm, as the people's life, entertainment andpublic places to provide an effective environmental protectionsystem.KEY WORDS:Single-chip microcomputer, STC89C52, SHT11, monitoringof temperature and humidity, MQ211, indoor environment学位论文原创性声明本人重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
基于单片机的便携式环境监测仪设计专业班级:学生姓名:指导老师:职称: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 MicrocomputerAbstract 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 0选题背景 0环境监测仪的现状 (1)环境监测仪发展前景 (2)2 环境监测仪的总体设计及主要器件选型 (3)本环境监测仪使用模块法设计,主要由单片机MSP430、温湿度传感器SHT11、气压传感器MPX4105电路连接而成。
基于MSP430的空气环境质量监测系统设计
胡敦利;李亮;高杨;孙德辉
【期刊名称】《高技术通讯》
【年(卷),期】2015(025)003
【摘要】为了实现城市环境参数的分布式检测和集中统计管理,设计了一个空气环境质量监测系统.该系统分为上位机监控中心和下位机检测与传输终端两部分,下位机采用MSP430F149单片机作为控制核心,以温湿度传感器SHT11和PM2.5传感器进行数据采集.下位机有液晶显示,可以实时显示测量数据,并可手动设置报警值,检测数据同时通过Sim900无线模块传至监控中心.监控中心完成空气环境质量数据的统计管理,生成报表,便于管理部门做出决策.该系统已经在大学校园环境下进行了测试、应用,效果良好.
【总页数】7页(P279-285)
【作者】胡敦利;李亮;高杨;孙德辉
【作者单位】北方工业大学现场总线及自动化北京市重点实验室北京100041;环境保护部核与辐射安全中心北京100082;北方工业大学现场总线及自动化北京市重点实验室北京100041;北方工业大学现场总线及自动化北京市重点实验室北京100041
【正文语种】中文
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《基于单片机的室内环境监测系统设计》篇一一、引言随着科技的发展,人们的生活品质得到了极大的提高。
而为了维持室内环境的舒适和健康,人们对环境参数的实时监测也日益关注。
基于此背景,本文将重点讨论一种基于单片机的室内环境监测系统的设计方法,这种系统可以对温度、湿度、光照等参数进行实时监测与反馈,有效提升了人们的居住体验。
二、系统设计概述本系统以单片机为核心,结合传感器模块、显示模块、控制模块等部分组成。
其中,传感器模块负责实时监测室内环境的各项参数,如温度、湿度、光照等;显示模块则负责将监测到的数据以直观的方式展示给用户;控制模块则根据预设的规则对环境进行自动调节。
三、硬件设计1. 单片机模块:作为系统的核心,单片机模块负责接收传感器数据,处理后通过显示模块展示,同时根据预设规则发出控制指令。
本系统选用性能优越、功耗低的单片机,如STM32系列。
2. 传感器模块:包括温度传感器、湿度传感器和光照传感器等。
这些传感器能实时感知室内环境的各项参数,并将数据传输给单片机模块。
3. 显示模块:本系统采用液晶显示屏作为显示模块,能直观地展示温度、湿度、光照等数据。
4. 控制模块:根据单片机的指令,控制模块可以控制空调、加湿器、照明等设备的开关,以调节室内环境。
四、软件设计软件设计主要包括单片机的程序设计和传感器的数据处理。
程序设计采用C语言编写,易于理解和维护。
数据处理部分需要对传感器数据进行实时采集、处理和存储,以保证数据的准确性和可靠性。
五、系统功能1. 实时监测:系统能实时监测室内环境的温度、湿度、光照等参数。
2. 数据展示:通过液晶显示屏,用户可以直观地看到各项环境参数的数据。
3. 自动调节:根据预设的规则,系统能自动调节空调、加湿器、照明等设备,以保持室内环境的舒适和健康。
4. 报警功能:当室内环境参数超出预设范围时,系统会发出报警提示,以便用户及时采取措施。
六、系统优势1. 高精度:采用高精度的传感器,能准确监测室内环境的各项参数。
栏目编辑韩汝水氧饱和度、心率及体温等,以达到监控人体重要生理参数的目的,并能够对这些生理参数的信号进行相应的识别和处理(如关键指标不正常时自动报警),能够提供简便的人机交互界面,数据可以传输给P C 机进行后续的处理。
便携式医疗监护系统的结构框图如图1所示。
考虑到本系统的应用需求,系统总体设计中尤其要满足微功耗、微型化和可靠性的要求,系统内的电路设计、电路形式、器件选择和电路板制作均应紧密围绕这三点展开。
图1中传感器、血氧模块、信号调理模块构成了系统内的前向通道。
传感器(如测量心电信号的电极)用于将人体的微弱生理信号转换为电信号,其输出信号需要经过信号调理模块的放大、滤波等处理。
血氧模块能够通过探头直接检测人体的血氧饱和度、心率等,目前市面上已经有供二次开发使用的监测血氧饱和度、心率等的集成电路板,其内往往已经集成了相应信号处理的内核,这种集成电路板的输出已经是符合一定格式要求的数字信号,可以由中央控制单元直接接收。
为有效放大传感器输出的有用差分信号,信号调理模块中的信号放大电路应具有较强的共模抑制和差动放大能力。
同时信号调理模块中的滤波器应采用同相结构的精密运放和R C 网络组成高阶有源滤波器。
信号调理模块同时要具有微功耗特点,能够在单电源下工作,其信号放大范围要与A /D 转换时所需要的信号幅度相一致。
中央控制单元可采用新型的6位微控制基于M SP430的便携式医疗监护系统的设计Port abl e M edi cal M oni t or i ng Syst em Based on M SP430焦纯卢虹冰周智明张国鹏西安第四军医大学生物医学工程系(西安710032)2008年1月9日收到本文修改稿。
焦纯:博士,研究方向为信号采集、传输与分析处理。
摘要:本文根据便携式医疗监护系统的设计原则,结合微功耗性能突出的16位微控制器M SP430F149,详细阐述了能满足现场监护环境的数据采集、存储和电源模块的设计思路、具体实现技巧和方法。
《基于单片机的室内环境监测系统设计》篇一一、引言随着人们生活品质的提高,对居住环境的舒适度、健康性和安全性提出了更高的要求。
室内环境监测系统因此应运而生,它能够实时监测室内环境的各项指标,如温度、湿度、空气质量等,为人们提供一个舒适、健康的居住环境。
本文将介绍一种基于单片机的室内环境监测系统设计,以实现对室内环境的实时监测和智能控制。
二、系统设计概述本系统以单片机为核心控制器,通过传感器模块实时采集室内环境的温度、湿度、空气质量等数据,经过单片机处理后,将数据显示在液晶显示屏上,并通过无线通信模块将数据传输至手机APP或电脑端进行远程监控。
同时,系统还可根据预设的阈值,通过控制模块对室内环境进行智能调节,如调节空调、加湿器等设备。
三、硬件设计1. 单片机模块:本系统采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制器,其具有高性能、低功耗、易编程等优点,能够满足系统的实时性和稳定性要求。
2. 传感器模块:传感器模块包括温度传感器、湿度传感器和空气质量传感器,用于实时采集室内环境的各项数据。
3. 液晶显示屏模块:用于显示采集到的室内环境数据,方便用户查看。
4. 无线通信模块:采用Wi-Fi或蓝牙模块,实现数据的无线传输,方便用户进行远程监控。
5. 控制模块:通过继电器或PWM控制模块,实现对空调、加湿器等设备的智能控制。
四、软件设计软件设计主要包括单片机的程序设计和手机APP或电脑端的数据处理与显示。
1. 单片机程序设计:以C语言或汇编语言编写单片机程序,实现数据的采集、处理、显示及传输等功能。
程序应具有实时性、稳定性和可扩展性。
2. 数据处理与显示:手机APP或电脑端接收到数据后,进行数据处理和显示。
可通过图表、曲线等方式直观地展示室内环境的各项数据,方便用户查看和分析。
五、系统实现1. 数据采集:传感器模块实时采集室内环境的温度、湿度、空气质量等数据。
2. 数据处理:单片机对采集到的数据进行处理,如滤波、转换等,得到准确的数据值。
常州机电职业技术学院毕业设计(论文)系部:信息工程系专业:应用电子技术题目:基于MSP430单片机的环境参数监测仪的设计制作指导者:评阅者:2014 年 4 月毕业设计(论文)中文摘要温湿度和光照度等参数是标定环境不可缺少的参数,对其进行准确的测量具有重要意义。
本文以室内外居住环境为背景,设计出一种以MSP430F5438A超低功耗单片机为控制核心的环境参数监测仪。
论文对环境参数监测系统硬件和软件模块包括子系统模块进行了详细设计:通过相应的传感器芯片对包括温度、湿度、光强、红外辐射度和可燃气体浓度等环境参数进行检测和采集;通过微处理器MSP430F5438A将传感器芯片采集到的数据进行分析处理,并在液晶终端进行参数的实时显示和监控。
论文分别对温度传感器模块,单总线湿度传感器模块,光照度传感器模块,气敏传感器模块,红外热释电模块以及按键和液晶显示模块进行了单模块分别调试。
在此基础上对这些子程序模块进行了整合调试及整机功能和功耗测试,最终完成整个监控系统及仪器的设计制作。
实验显示,本环境参数监测仪具有体积小、携带方便、功耗低、可靠性高、免维护、成本低等优点,在室内外环境参数监测领域,具有很好的应用前景。
关键词:MSP430单片机环境参数监测传感器液晶显示毕业设计(论文)外文摘要Title: The Design and Production of Environmental Parameter Monitor Based on MSP430Abstract:Parameters such as temperature, humidity and illuminance are indispensable to the calibration environment, which has important significance for accurate measurement. The aim of this thesis isto design an environmental parameter monitor, which controlledby an ultra-low power MSP430F5438A for indoor and outdoor living environment.The detailed design of hardware and software module including subsystem module in the environmental parameter monitor is proposed in this thesis. The corresponding sensor chip is usedto detect and collect the environmental parameter such as temperature, humidity, illuminance, the infrared radiation intensity and combustible gas concentration. The MSP430F5438A analyzes and processed the data which collected by sensor chips, and realized the real-time display and monitoring for parameterson LCD terminal.The thesis proceeds debugging on single module likes temperature sensor module, single bus humidity sensor module, illuminance sensor module, gas sensor module, pyroelectricinfrared module and buttons and LCD module, respectively. On the basis of that, after debugging and test on the function and power for the integrated subroutine modules, the design and production of the whole monitoring system and instrument is completed.Test results given show that the environmental parameter monitor has several advantages, such as small volume, portable, low power consumption, high reliability, maintenance-free, low cost and so on. It has a great application prospect in the field of indoor and outdoor environmental parameters monitoring.Key words: MSP430, Environmental Parameter Monitor, Sensor, LCD Display目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 论文的主要内容 (2)2 数据监测系统的总体设计方案 (4)2.1 系统总体框图设计 (4)2.2单片机选型 (4)2.2.1 MSP430单片机概述 (4)2.2.2 MSP430F5438A介绍 (6)2.3 传感器的选型 (6)3 系统硬件设计 (8)3.1 主控芯片模块 (8)3.1.1 单片机最小系统模块 (8)3.1.2系统电源模块 (8)3.2 子系统模块 (8)3.2.1光强采集模块 (8)3.2.2 温度采集模块 (10)3.2.3 湿度采集模块 (11)3.2.4 气敏传感器监测模块 (11)3.2.5 红外采集模块 (12)3.2.6液晶显示和键盘模块 (14)3.3 硬件电路板的焊接与制作 (16)3.3.1 系统硬件电路原理图 (16)3.3.2 系统硬件电路PCB图 (17)4 系统软件设计 (19)4.1 软件开发环境及编程思想简介 (19)4.2系统主程序设计 (19)4.3 系统子程序设计 (20)4.3.1 按键设置程序 (20)4.3.2 数据监测程序 (20)4.3.3 主控芯片MSP430F5438A时钟设定程序 (21)4.3.4 DHT11单总线数据读取程序 (22)4.3.5 片内ADC程序 (23)4.3.6模拟I2C通信协议 (24)5 监测系统调试分析 (29)5.1人机操作界面测试分析 (29)5.2 光强模块测试分析 (30)5.3 温度模块测试分析 (30)5.4 湿度模块测试分析 (30)5.5 气敏传感器监测模块测试分析 (31)5.6 红外监控模块测试分析 (31)5.7整机装配与调试 (32)5.7.1整机装配调试 (32)5.7.2功耗测试 (32)总结 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录A 系统原理图 (35)附录B 系统PCB图 (36)附录C 控制程序源代码 (37)1 绪论1.1 课题背景为了使人类拥有舒适、健康的生活,很多情况下要监测周围的环境参数。
基于MSP430单片机的温度测控装置的设计与开发设计与开发基于MSP430单片机的温度测控装置一、引言随着科技的不断进步,温度测控装置在生活和工业中扮演着重要的角色。
本文将介绍基于MSP430单片机的温度测控装置的设计与开发。
该装置可以用于实时监测环境温度,并根据设定的阈值控制温度。
二、硬件设计1.传感器选择:本设计采用温度传感器DS18B20。
它是一种数字式温度传感器,通过一根串行线来与单片机通信。
2.电路连接:将传感器与MSP430单片机连接。
传感器的VCC引脚接单片机的3.3V电源,GND引脚接地,DQ引脚接到单片机的GPIO引脚。
3.LCD模块:为了显示当前温度和控制参数,我们需要一个LCD模块。
将LCD模块的数据引脚接到单片机的GPIO引脚。
4.电源:设计一个适当的电源电路,以提供所需的电压和电流。
三、软件设计1.硬件初始化:在程序开始时,初始化MSP430单片机的GPIO引脚,配置传感器引脚为输入模式和LCD数据引脚为输出模式。
2.温度采集:通过传感器的引脚与单片机通信,获取当前温度数据。
传感器采用一线式通信协议,在读取温度数据之前,先向传感器发送读取命令,然后从传感器接收数据。
单片机通过GPIO引脚进行数据的收发。
3.温度显示:将获取到的当前温度数据通过LCD模块显示出来。
4.温度控制:设定一个温度阈值,当实际温度超过阈值时,单片机控制继电器等设备进行温度调节。
可以采用PID控制算法,根据当前温度与设定温度的差异,调整控制设备的输出。
5.程序循环:通过一个无限循环来保持程序运行。
四、测试与验证1.硬件测试:对硬件电路进行测试,确保传感器和LCD模块的接线正确,电源电压稳定。
2.软件测试:通过模拟不同温度值,确认温度采集、显示和控制功能正常。
3.综合测试:将温度测控装置放置在实际环境中,观察温度采集和控制性能,根据需要进行调整。
五、结论本文设计与开发了基于MSP430单片机的温度测控装置。
基于MSP430的智慧家居实时监控系统设计摘要:本设计是基于msp430单片机的一套智能家居环境实时监测控制系统,将家居产品集成一个系统,使人们的日常生活更加方便、快捷。
智能光线调节:通过bh1750fvi检测光照强度,控制照明系统,同时结合红外感应,当人离开房间,灯自动熄灭,节约能源;门禁系统:当有陌生人闯入时,警报自动响起;温度控制:将室内温度控制在适宜人们生活的状态;烟感探测报警:当烟雾传感气探测到烟雾或者可燃气体时,马上发出警报……同时利用无缝覆盖的gsm网络将家居实时情况传给主人,通过labview作为上位机进行数据分析和综合管理控制。
为人们提供一个更好,更舒适、安心的家居环境。
关键词:msp430;智慧家居;传感器;实时监控传统的智能家居以住宅为平台,利用物联网技术将家庭中的可连接设备集成,以构建高效的家庭日程事务管理系统,提高生活品质[1]。
本系统最大的特色就是利用超低功耗的msp430作为主控单元,采用zigbee技术将家庭的电气设备相关联以组建家庭局域网。
并通过无线传感器网络(wire1ess sensor networks,wsn)感知环境参数,通过msp430控制相关电气设备以实现家庭自动化。
并利用无缝覆盖gsm网络将家庭中的讯息传送给主人。
通过labview 作为上位机进行数据分析和综合管理控制。
以构建智慧的家居,让家庭更懂人,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。
1 系统设计分析通过zigbee组成的无线传感网络连接各个节点,将各个节点的数据采回上位机处理分析学习,利用cpu控制各个模块运行,同时接受上位机的干预控制,系统总体设计框图如图1-1所示。
1.1 中央处理模块本系统的中央处理模块的核心是ti公司的msp430f4616,msp430是ti公司推出的一种16位超低功耗,具有精简指令集(risc)的混合信号处理器(mixed signal processor),根据实际应用需求,集成了大量片内外设。
《基于单片机的室内环境监测系统设计》篇一一、引言随着科技的发展和人们生活品质的提高,室内环境监测变得越来越重要。
基于单片机的室内环境监测系统设计,可以实现对室内温度、湿度、空气质量等参数的实时监测,并通过数据分析为人们提供舒适的居住环境。
本文将详细介绍基于单片机的室内环境监测系统的设计思路、实现方法和应用前景。
二、系统设计概述本系统以单片机为核心,通过传感器模块实现对室内温度、湿度、空气质量等参数的实时监测,并通过无线通信模块将数据传输至终端设备。
系统主要由单片机模块、传感器模块、无线通信模块和电源模块组成。
三、硬件设计1. 单片机模块:选用性能稳定、功耗低的单片机作为核心控制器,负责接收传感器数据、处理数据、控制无线通信模块等任务。
2. 传感器模块:包括温度传感器、湿度传感器和空气质量传感器,用于实时监测室内环境参数。
3. 无线通信模块:选用低功耗、传输距离远的无线通信模块,将数据传输至终端设备。
4. 电源模块:为系统提供稳定的电源,可采用可充电电池或外接电源供电。
四、软件设计1. 数据采集:通过传感器模块实时采集室内环境参数,包括温度、湿度和空气质量等。
2. 数据处理:单片机对采集的数据进行处理,包括数据滤波、数据转换等,以确保数据的准确性和可靠性。
3. 数据传输:通过无线通信模块将处理后的数据传输至终端设备,实现远程监控。
4. 显示与控制:终端设备接收数据后,可通过显示屏等方式实时显示室内环境参数,并可通过控制命令对系统进行控制。
五、系统实现1. 传感器与单片机的连接:将传感器模块与单片机连接,实现数据的实时采集。
2. 无线通信模块的配置:配置无线通信模块的参数,如通信频率、传输速率等,以确保数据的稳定传输。
3. 数据处理与显示:单片机对采集的数据进行处理后,通过显示屏等方式实时显示室内环境参数。
4. 系统调试与优化:对系统进行调试和优化,确保系统的稳定性和可靠性。
六、应用前景基于单片机的室内环境监测系统具有实时性、准确性和可靠性的特点,可广泛应用于家庭、办公室、医院等场所。
毕业设计(论文)题目:基于MSP430单片机的环境参数监测仪的设计制作指导者:评阅者:2014 年 4 月毕业设计(论文)中文摘要温湿度和光照度等参数是标定环境不可缺少的参数,对其进行准确的测量具有重要意义。
本文以室内外居住环境为背景,设计出一种以MSP430F5438A超低功耗单片机为控制核心的环境参数监测仪。
论文对环境参数监测系统硬件和软件模块包括子系统模块进行了详细设计:通过相应的传感器芯片对包括温度、湿度、光强、红外辐射度和可燃气体浓度等环境参数进行检测和采集;通过微处理器MSP430F5438A将传感器芯片采集到的数据进行分析处理,并在液晶终端进行参数的实时显示和监控。
论文分别对温度传感器模块,单总线湿度传感器模块,光照度传感器模块,气敏传感器模块,红外热释电模块以及按键和液晶显示模块进行了单模块分别调试。
在此基础上对这些子程序模块进行了整合调试及整机功能和功耗测试,最终完成整个监控系统及仪器的设计制作。
实验显示,本环境参数监测仪具有体积小、携带方便、功耗低、可靠性高、免维护、成本低等优点,在室内外环境参数监测领域,具有很好的应用前景。
关键词:MSP430单片机环境参数监测传感器液晶显示毕业设计(论文)外文摘要Title: The Design and Production of Environmental Parameter Monitor Based on MSP430Abstract:Parameters such as temperature, humidity and illuminance are indispensable to the calibration environment, which has important significance for accurate measurement. The aim of this thesis is to design an environmental parameter monitor, which controlled by an ultra-low power MSP430F5438A for indoor and outdoor living environment.The detailed design of hardware and software module including subsystem module in the environmental parameter monitor is proposed in this thesis. The corresponding sensor chip is used to detect and collect the environmental parameter such as temperature, humidity, illuminance, the infrared radiation intensity and combustible gas concentration. The MSP430F5438A analyzes and processed the data which collected by sensor chips, and realized the real-time display and monitoring for parameters on LCD terminal.The thesis proceeds debugging on single module likes temperature sensor module, single bus humidity sensor module, illuminance sensor module, gas sensor module, pyroelectric infrared module and buttons and LCD module, respectively. On the basis of that, after debugging and test on the function and power for the integrated subroutine modules, the design and production of the whole monitoring system and instrument is completed.Test results given show that the environmental parameter monitor has several advantages, such as small volume, portable, low powerconsumption, high reliability, maintenance-free, low cost and so on. It has a great application prospect in the field of indoor and outdoor environmental parameters monitoring.Key words: MSP430, Environmental Parameter Monitor, Sensor, LCD Display目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 论文的主要内容 (2)2 数据监测系统的总体设计方案 (3)2.1 系统总体框图设计 (3)2.2单片机选型 (3)2.2.1 MSP430单片机概述 (3)2.2.2 MSP430F5438A介绍 (4)2.3 传感器的选型 (5)3 系统硬件设计 (7)3.1 主控芯片模块 (7)3.1.1 单片机最小系统模块 (7)3.1.2系统电源模块 (8)3.2 子系统模块 (8)3.2.1光强采集模块 (8)3.2.2 温度采集模块 (10)3.2.3 湿度采集模块 (11)3.2.4 气敏传感器监测模块 (12)3.2.5 红外采集模块 (13)3.2.6液晶显示和键盘模块 (15)3.3 硬件电路板的焊接与制作 (17)3.3.1 系统硬件电路原理图 (17)3.3.2 系统硬件电路PCB图 (18)4 系统软件设计 (20)4.1 软件开发环境及编程思想简介 (20)4.2系统主程序设计 (20)4.3 系统子程序设计 (21)4.3.1 按键设置程序 (21)4.3.2 数据监测程序 (22)4.3.3 主控芯片MSP430F5438A时钟设定程序 (23)4.3.4 DHT11单总线数据读取程序 (24)4.3.5 片内ADC程序 (26)4.3.6模拟I2C通信协议 (27)5 监测系统调试分析 (32)5.1人机操作界面测试分析 (32)5.2 光强模块测试分析 (33)5.3 温度模块测试分析 (34)5.4 湿度模块测试分析 (34)5.5 气敏传感器监测模块测试分析 (35)5.6 红外监控模块测试分析 (36)5.7整机装配与调试 (37)5.7.1整机装配调试 (37)5.7.2功耗测试 (38)总结 (38)致谢 (39)参考文献 (39)附录A 系统原理图 (41)附录B 系统PCB图 (42)附录C 控制程序源代码 (43)1 绪论1.1 课题背景为了使人类拥有舒适、健康的生活,很多情况下要监测周围的环境参数。
如城市的空气质量,温室大棚中的温湿度光照度等参数的控制,沿海城市海水浴场水质,污染物的排放等。
通过环境检测,提供代表环境质量现状的数据,判断环境质量是否符合国家制定的环境质量标准,评价当前主要环境问题,环境参数与人们的生活息息相关,对于环境参数的监测十分必要。
对于环境监测的参数中,温湿度和光照度是极其重要的参数。
舒适的环境会让人感觉心情舒畅,人体感觉舒服,当室内温度在18 ℃~20 ℃ ,湿度为40%~60%时,人的思维最敏捷,工作效率最高。
但当室温超过28℃,湿度大于70%时,就会生闷热、出汗、烦燥、疲劳等反应,容易让人的情绪不稳定甚至无法正常工作。
室内光照度测量也很必要,国家标准的自然光照度是150lux~300lux ,人眼在看书感到正好时的光照度是200lux,当光线过强或过暗都会对眼睛有所损伤,而且更容易引起视疲劳,影响学习和工作效率。
所以要营造一个舒适适合人们生活与居住的环境就必须对温度、湿度、光照度参数进行监测。
环境监测离不开数据采集,数据采集系统是在测量工程中,无需人工记录测量数据能自动进行采集,信号处理,并记录显示,如今无论是生产还是实验室中的测量都是要求精度高,速度快,这些人工测量无法完成,只能用自动测量系统才能完成的。
环境参数的传统测量方法中,测量设备体积较大,实时性差,精度低,还需花费较大的人力,己不再适应现代经济的快速发展要求。
随着单片机技术、传感器技术、通信技术、计算机等技术地快速发展,环境监测技术也日新月异。
各种实时性好,精度高,且适应各种苛刻环境的测量系统己被开发出来,在社会各个领域得到了广泛应用。
在对环境参数的采集方面由于高集成度低功耗低电压的集成芯片的大量问世,使得仪表的功耗越来越低,功能越来越强大。
1.2 论文的主要内容本文设计并制作了一款基于MSP430单片机的环境参数采集监测仪。
该监测仪具有环境温度、湿度、光照度、可燃气体浓度、红外辐射度等参数监测功能。
其主要内容包含课题背景、环境数据采集监测系统的总体设计方案、系统硬件设计、系统软件设计、监测系统调试分析等。
首先,论文介绍了课题背景,阐述了环境监测及监测仪器的发展现状及发展趋势,由此提出了基于MSP430单片机的数据采集监测系统的总体设计方案,并针对需要监测的参数进行了器件选型及方案设计。
其次,论文进行了详细的系统硬件设计,并搭建了相关硬件模块电路,包含以下几个部分:单片机主控模块、数据采集模块、监控报警模块、键盘和液晶显示模块。
主控模块采用MSP430F5438A作为控制核心,数据采集监控模块部分采用TPM275数字输出温度传感器检测环境温度,DHT11单总线湿度传感器检测环境湿度,BH1750FVI光照度传感器检测环境光照强度,MQ-2气敏传感器监测相关气体相对强度以及KP-500B红外热释电传感器监测红外辐射相对强度。
整机系统通过按键和液晶显示模块实现人机交互及监测结果的显示输出。
再次,论文对系统软件设计进行了主要说明,包括系统主程序以及相应的测温、测湿、测光照度等测量子程序,以及外围键盘与LCD显示接口模块程序等。
最后,进行了系统整机调试分析,在软硬件连接的基础上分别对温度传感器TPM275模块,单总线湿度传感器DHT11模块,光照度传感器BH1750FV 模块,气敏传感器MQ-2模块,红外热释电KP-500B模块以及按键和液晶显示模块进行了单模块分别调试。