基于 MSP 430 F 149 的温湿度检测系统毕业设计.docx
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基于 MSP 430 F 149 的温湿度检测系统毕业设计.docx
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基于MSP430F149的温湿度检测系统毕业设计
基于MSP430F149的温/湿度检测系统
摘要:
介绍了基于MSP430单片机的温湿度检测系统的设计方案.系统以MSP430F149单片机为核心,采用集
成温湿度传感器AD590和HM1500,给出温湿度检测系统的软硬件设计.该系统具有结构新颖、电路简单和控制
方便等优点,并可根据需要设置温度的上、下限,系统具有超过设置上、下限温度自动报警等功能.实验证明该系统
成本低、可靠性高,有着很高的实用价值.
关键词:
温湿度检测;MSP430;AD590;HM1500
中图分类号:
TP212文献标识码:
A
随着社会经济的发展和科学技术的不断进步,许多情况下都需要对环境的温湿度进行限定,因此,为了
随时可以检测温湿度以进行监测[1-2]
.为此,本文利用集成温湿度传感器AD590和HM1500的测量快速、使
用简便等特点,同时结合MSP430单片机强大的功能,设计了一个监控系统来对温湿度进行实时监控以进
行超限报警.本系统测量准确、调试方便、可实时记录报警信息、方便工作人员排故,并且也可广泛应用于
条件恶劣、人员不便进入的场合.
1温、湿度检测系统的总体方案
系统的总体设计方案如图1所示.方案采用分别设计温度和湿度采样电路的方法,将集成温度传感器
AD590采集得到的电流信号和湿度传感器HM1500采集到的电压信号转换为给定范围内的电压信号.然
后由单片机MSP430Fl49的A/D采样端口将该电压信号读入,如果温度值大(小)于门限值或者湿度大(小)
于门限值就给出报警信号,同时点亮红或绿灯以区分温度或湿度超限.并且上下门限值可以通过按键进行
相应的设定.同时,系统还可以把所测的温、湿度值实时显示出来.
2器件选择
2.1MSP430Fl49单片机
MSP430系列单片机是TI公司推出的功能强大的超低功耗l6位混合信号处理器.该系列单片机以其极
低的功耗、强大的处理能力、丰富的片上外围模块、方便高效的开发方式等特点,被广泛应用于便携式仪表、智
能传感器、实用检测仪器、电机控制等领域.为最大限度地利用单
片机端口和片内外设并降低设计成本,本设计选用MSP430F149,
该单片机有6个I/O端口,同时内置l2位AD采样器,可完全满足
温湿度采样的精度要求[3-4]
.
2.2AD590温度传感器
AD590是美国AD公司生产的二端式集成温度-电流传感
器,该器件体积小、重量轻、性能稳定.测温范围为-50~+150℃;
线性电流输出为1A;线性度好,测量精度为±0.3℃;电源电压范
围为4~30V.当电源电压在5~10V之间,电压稳定度为1%时,
其误差只有±0.1℃[5]
.
图1系统硬件结构图
Fig.1Hardwarestructureofsystem
AD590HM1500
____
MSP430F149
LCD_
__键盘
报警LCD
MSP430F149
信号调理
AD590HM1500第28卷第8期河南科学河南科学
2.3HM1500湿度传感器
线性电压输出式集成湿度传感器HM1500采用获得专利的湿敏电容HS1101设计制造.其湿度测量
范围为5%~99%(相对湿度);相对湿度精度为3%;工作温度为-30~+60℃;工作湿度范围为0~100%(相对湿
度);供电电压为5V(最大电压DC16V);可输出DC电压为1~4V;响应时间为5s,适用于工业级场合[6]
.
3信号调理电路设计
3.1温度测量电路设计
考虑到AD590温度传感器的输出电流源特性.设计的温度信号测量电路如图2所示.该电路的温度
测量范围为-10~+50℃.AD590采用15V电压供电;电阻R1用于调整零点;电阻R3为精密电阻,用来调整
增益.运放的同向端输入2.50V精密参考电压,该电压由TL431提供.IN端输入AD590的电流.OUT
端输出为相应转换所得到的电压.根据AD590的特性,在-10℃时,流过电流为262.2μA.设计使这部分电
流全部流过R1,R2,而其后增加的电流均流过R3,OUT端的输出电压为
Vout
=2.5-R3(I-262.2)=2.5-39(I-2.5
R1+R2
).
(1)
当温度在-10~+50℃之间变化时,该电压就在2.5~0V之间反向线性变化,调节R2的阻值大小可以消除
不同传感器的零点误差[5]
.
3.2湿度测量电路设计
图2温度测量电路
Fig.2Temperaturemeasurementcircuit
图3湿度测量电路
Fig.3Humiditymeasurementcircuit
AD590
D1
D2
LM224
LM224
R1R2
R3
R4
R5
C1
K
TL431
-
+
-
+1.0k9.1k
39k
500_
10_A
VREF
+15V
VCC
+5V+5V
5k
+5V
OUT
LM224
+15V
AD590
R3
R1R2
R4
R5
39k
1.0k9.1k
5k
LM224
K
TL431
A
VREFC1
10μ
+5V
500Ω
+5V+5V
VCC
D1
OUT
D2+
-
+
-
D1
D2
LM224
LM224
R4-
+
-
+
VCC
+5V
+5V
2.4k
OUT
-
+
+5V
2.0k
R3
R6R7
2.4k2.0k
R5
2.0k
R1
2k
R2
1K
+2.5V
HM1500
+2.5V
+5VR1
R2
2k
1k
R5
2.0k
HM1500
-R6
2.4k
R7
2.0k
+
+5V
LM224
LM224
D2
D1
VCC
+5V
R3
2.4k
R4
2.0k
-
+
-
+
OUT
1002--2010年8月张景文等:
基于MSP430F149的温/湿度检测系统
由于该电路中没有负压.电路的主体采用差分式减法电路,精密电阻R3=R6=2.4kΩ,R4=R7=2kΩ,用这
4个电阻可调节增益.通过HM1500传感器测量所得到的湿度电压信号从IN端输入,差分的另一侧输入.
由TL431提供2.5V的精密电压分压后可得到1.0V左右的电压.并由此可以得到输出电压的计算公式为
Vout
=
R4
R3
(Vin-Vs
).
若输入电压在1~4V之间变化,则输出电压就相应在0~2.5V之间变化.调节R1可以消除不同的湿度
传感器的零点误差.
3.3键盘、显示器接口电路
键盘部分提供一种扫描工作方式,它与4个独立按键相连接,能对键盘不断扫描,自动消抖,自动识别出
按下的键,并给出键码.显示部分为1602液晶显示芯片,可以显示2行16个字符.系统中设置的4个键
均为功能键用以实现温湿度的自动加、减1功能来实现越限值设定.
3.4声光报警电路
该电路根据超出温、湿度上下限给出声光报警信号.通过不同颜色的光来确定是温度或湿度超限.
4软件设计方案
考虑本系统对于实时性要求较高,同时程序并不复杂,因此采用C开发软件[7]
.根据软件的功能将软件
分成不同模块,每个模块完成一定的功能,模块与模块之间相对独立,这样不但结构清晰,而且便于阅读,调
试和提高程序的利用效率.
温/湿度检测系统主要完成检测功能.系统软件采用结构化的设计思想,根据功能可以将软件分为主程
序、键盘中断服务程序、A/D转换子程序、声光报警子程序、显示子程序组成.
系统的主程序流程如图4所示.主程序中的程序初始化包括寄存器设置和相关单元清零设置等.系
图4主程序流程图
Fig.4Flowchartofmainprogramming
_________
__
____________________!
"#__$%&'
__()*+,-).
__()*+,/).____"#__"#_______
_______启动温度声光报警(红光)启动湿度声光报警(绿光)
湿度超限温度超限进行异常分析
是否超限
显示子程序
进行温,湿度数据处理
启动温度A/D转换
启动湿度A/D转换
是否有键按下
开启中断
系统初始化
关闭中断
关闭看门狗
开始
N
Y
N
Y
1003--第28卷第8期河南科学河南科学
统上电以后,首先温湿度信号采样,然后进入循环状态进行温湿度信号采样,接着对采样得到的数据进行处
理并存储,把得出实际温、湿度值与设定值进行比较,实现声光报警.
5结论
本系统最大的特点是测量准确、结构简单、调试使用方便、性价比高、可以单独使用,也可以和上位机连
接.为了确保整个系统运行的稳定性,本系统还用硬件设计上采用了单片机上电复位电路,而在软件设计
中则加入了看门狗和软件陷阱.实验证明,该装置运行可靠,测量误差小,具有很好的应用效果,因此,可
以广泛应用于工业环境中对温度或者湿度有超限报警要求的场合.
参考文献:
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(2):
45-47.
[2]张全国,徐广印,杨群发,等.户用钢制辅热式沼气发酵系统试验研究[J].太阳能学报,2004,25(6):
755-759.
[3]沈建华,杨艳琴,翟骁曙.MSP430系列l6位超低功耗单片机原理与应用[M].北京:
清华大学出版社,2004.
[4]魏小龙.MSP430系列单片机接口技术与系统设计实例[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2002.
[5]逢玉台,王团部.集成温度传感器AD590及其应用[J].国外电子元器件,2002(7):
22-24.
[6]洪家平.基于PIC系列单片机的智能湿度测量[J].仪器仪表用户,2004(6):
56-57.
[7]谭浩强.C程序设计[M].2版.北京:
清华大学出版社,1999.
Temperature/HumidityDetectionSystemBasedonMSP430F149
ZhangJingwen1
,WangLinjun2
,ZhangZhen3
,GaoWeilang4
,WangJiansen1
(1.SchoolofEnergyandPower,UniversityofTechnology,Lanzhou730050,China;
2.CollegeofMechano-ElectronicEngineering,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China;
3.ShenyangPowerSupplySection,ShenyangRailwayBureau,Shenyang110003,China;
4.CollegeofMechanicalEngineering,AnhuiUniversityofTechnology,Ma’anshan243002,AnhuiChina)
Abstract:
ThispaperpresentsanewdesignofhardwareandsoftwarebasedonMSP430micro-controllerforthe
temperatureandhumiditytestingsystem.TheMSP430F149micro-controllerisusedasthecentralunitandan
integratedtemperatureandhumiditysensorAD590andHM1500isapplied.Thesystempossessofmanyexce-
llences,includingitsnovelstructure,simplecircuitandexpedientcontrol.Theupperandlowerlimitvalueofthe
temperatureandhumiditydetectedbythissystemcanbesetdiscretionarilyandanalarmwillbegivenbysystem
ifthetemperatureexceedsthelimits.Experimentalproofofthesystem’slowcost,highreliabilityandhavehigh
practicalvalue.
Keywords:
temperatureandhumiditytesting;MSP430;AD590;HM1500
1004--
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