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基于MSP430单片机的环境监测仪设计

作　者: 姚营营
导　师: 丁彦闯
学　校: 大连交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 环境监测 MSP430F449 日历串行通信 USB接口
分类号: TP216
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

温湿度和光照度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。该文以室内居住环境监测为背景,设计出一种以MSP430F449超低功耗单片机为核心的环境监测仪。系统包括两大部分：第一是环境参数测量部分；第二是单片机数据采集处理部分。参数测量部分包括三个基本内容：温度测量、湿度测量和光照度测量。温度测量采用数字式温度传感器DS18B20,单总线输出12位数字量给单片机,再进行数据处理后送显示；湿度测量是将湿度传感器HS1101接入由555定时器构成的多谐振荡器电路中,测量输出频率，根据频率与湿度的关系式计算出相应的湿度值；光照度测量采用BPW34硅光电池，利用其短路电流与光照度成正比的特性,将其输出的电信号放大后送入单片机自带ADC12中进行模数转换,经数据处理后得到测量值。单片机数据采集处理部分包括单片机最小系统及系统外围接口电路。系统外围接口电路包括五个基本环节：键盘部分、显示部分、日历部分、串口通信部分和USB接口部分。键盘部分主要实现按键对时间参数进行调整,显示部分采用JM12864M-2液晶显示器，对测得的环境参数和时间进行实时显示,日历部分采用时钟芯片DS12C887,可生成年月日时分秒等时间信息。串口通信部分采用RS485总线与上位机进行串行通信,并扩展了外部USB接口模块,将测量结果存入U盘中。本设计软件部分采用C语言编写,完成室内的温湿度光照度循环测量和日历的实时显示,按键调整,串口通信和U盘的存储等程序编写。系统性能指标：温度测量范围-40℃～+120℃，精度为±0.5℃；测量湿度范围是10%～90%RH,精度为±5%RH；光照度部分测量范围10～4000lux,精度±5lux。本系统体积小、便携性、功耗低,可进行远距离数据的通信,测量结果可存盘,更具有工程造价和人力资源成本低,可靠性高,免维护等优点，很适合室内环境参数的监测,具有很好的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第一章绪论  10-13
  1.1 课题研究的意义和目的  10
  1.2 国内外研发概况  10-11
  1.3 论文研究的主要内容  11-12
  本章小结  12-13
第二章系统总体方案设计  13-16
  2.1 系统的总体设计  13-14
  2.2 系统器件的选取  14-15
  2.3 系统的性能指标  15
  本章小结  15-16
第三章系统各模块功能介绍  16-42
  3.1 MSP430单片机  16-27
    3.1.1 MSP430F449单片机的特点及管脚说明  16-19
    3.1.2 MSP430F449 单片机片外围模块  19-22
    3.1.3 软件开发环境  22-27
  3.2 温度传感器DS18B20  27-30
    3.2.1 传感器的主要特征和外部结构  27-28
    3.2.2 传感器内部结构  28-29
    3.2.3 温度传感器测温原理  29-30
  3.3 湿度传感器HS1101  30-32
    3.3.1 湿度的定义  30
    3.3.2 湿度传感器HS1101简介  30-31
    3.3.3 HS1101的测湿原理  31-32
  3.4 光照度传感器  32-33
    3.4.1 光照度定义  32
    3.4.2 光电池BPW34  32-33
  3.5 时钟芯片DS12C887  33-36
    3.5.1 时钟芯片DS12C887的特性  33
    3.5.2 DS12C887的管脚排列与管脚功能  33-34
    3.5.3 DS12C887的控制寄存器  34-36
  3.6 液晶显示模块JM12864M-2  36-38
    3.6.1 JM12864M-2的特征  36
    3.6.2 JM12864M-2的管脚  36-37
    3.6.3 JM12864M-2的时序  37-38
  3.7 USB接口芯片CH375  38-41
  本章小结  41-42
第四章电源电路与测量电路设计  42-49
  4.1 电源部分设计  42
  4.2 温度测量部分设计  42-43
    4.2.1 测量方法的选择  42-43
    4.2.2 测量原理  43
  4.3 湿度测量部分设计  43-46
    4.3.1 测量电路的选择  43-44
    4.3.2 测量电路的原理  44-46
  4.4 光照度测量部分设计  46-48
    4.4.1 测量器件的选择  46-47
    4.4.2 测量电路的原理  47-48
  本章小结  48-49
第五章 MSP430F449单片机的外围接口电路  49-56
  5.1 键盘电路  49
  5.2 显示电路  49-50
  5.3 时钟电路  50-51
  5.4 串口通信  51-53
    5.4.1 串口通信总线的选择  51-52
    5.4.2 串口通信电路  52-53
  5.5 USB接口电路  53-55
  本章小结  55-56
第六章系统的软件设计及测量结果分析  56-76
  6.1 软件编程方法选择及其特点  56-57
  6.2 系统主程序设计  57-58
  6.3 环境参数测量程序设计  58-66
    6.3.1 温度测量程序设计  58-62
    6.3.2 湿度测量程序设计  62-64
    6.3.3 光照度测量程序设计  64-66
  6.4 单片机外围接口模块的软件设计  66-73
    6.4.1 键盘模块软件设计  66-67
    6.4.2 液晶模块软件设计  67-69
    6.4.3 时钟模块软件设计  69-71
    6.4.4 串口通信软件设计  71-72
    6.4.5 USB接口软件设计  72-73
  6.5 测量结果分析  73-75
  本章小结  75-76
结论  76-78
参考文献  78-80
附录A 硬件原理图  80-81
附录B 程序  81-85
攻读硕士学位期间发表的学术论文  85-86
致谢  86

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