基于msp430的数据采集装置设计与实现.doc
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基于msp430的数据采集装置设计与实现.doc
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基于MSP430的数据采集装置设计与实现
摘要
本文介绍了以高性能,低功耗的16位msp430f5529单片机为核心,对室内温湿度数据采集功能的设计与实现。
本设计的硬件设计中,根据所设计功能需要,选取了的元器件不仅能满足设计需求而且具有较高的可靠性,同时还分别介绍了各个元器件的功能,特点和模块电路的设计。
软件设计部分,展示了本设计简单而又合理的思路,然而此部分主要分为三个部分:
温湿度数据采集部分,温湿度数据的无线传输部分以及数据通过串口通信在PC机上的显示部分。
由于新型单总线数字温湿度传感器DHT11具有体积小,接口简单,响应速度快等优点,所以室内温湿度数据的采集部分采用DHT11来完成温湿度传感及数字模块采集;而YL-800IL具有低功耗、抗干扰能力强、低误码率等优点,因此数据无线传输部分采用了微功率扩频无线模块YL800IL来完成数据的扩频无线传输;而显示部分是通过简单的读取串口数据来实现的。
本系统具有数字式传感,无线通信等功能,体积小节约空间,功耗低,操作简单,十分适于推广,并且遵循了可靠性和稳定性的设计原则,因此,在实际应用中取得了良好的效果。
关键词:
msp430;温湿度数据采集;扩频无线传输;
Abstract
Thepaperdescribesadesignofthesystem,withthehigh-performancelow-power16bitmicrocontrollermsp430f5529asthecoretoaqcuisttheindoortemperatureandhumidity.Inthehardwaredesignofthesystem,selectedcomponentscannotonlymeetthedesignrequirementsbutalsohavehighraliabilitydepengdingonthefeaturerequired.Atthesametimethepaperintroducesthefunction,thefeatureandmodulecircuitofallcomponents.Thepartofsoftwaredesignshowsasimpleandreasonabledesignthought,however,thispartmainlycanbedividedintothreeparts:
partoftemperatureandhumiditydataacquisition,wirelesstransmissionofthetemperatureandhumiditydataanddatadisplayedonPCbyserialportcommunication.BecauseofthenewtypeofsinglebusdigitaltemperatureandhumiditysensorDHT11hastheadvantagesofsmallvolume,simpleinterfaceandfastresponse,sotheindoortemperatureandhumiditydataacquisitionpartadoptsDHT11tocompleteanddigitaltemperatureandhumiditysensormoduleacquisition;withlowpowerconsumption,stronganti-interferenceability,lowerrorrateetc,sothedatawirelesstransmissionpartadoptsthemicropowerYL800ILspreadspectrumwirelessmoduletocompletethespreadspectrumofwirelessdatatransmission;Andthedisplaypartisimplementedthroughsimplelyreadserialdata.Thissystemhasadigitalsensor,wirelesscommunications,andotherfunctions,savesthespaceofsmallsize,lowpowerconsumption,simpleoperation,verysuitableforpromotion,andfollowthedesignprincipleofthereliabilityandstability,therefore,hasobtainedthegoodeffectinpracticalapplication.
Keywords:
msp430;Temperatureandhumiditydataacquisition;Spreadspectrumwirelesstransmission;
目录
第1章绪论 1
1.1论文选题的意义 1
1.2国内外关于该课题的研究现状 1
1.2.1传感器技术的发展 1
1.2.2单片机的发展 2
1.2.3通信技术的发展 2
1.3本文研究的主要内容 3
第2章系统的总体设计 3
2.1系统功能设计 3
2.2系统设计原则 4
2.3系统硬件设计的总体方案 4
2.4系统各部分功能介绍 5
2.4.1温湿度的采集 5
2.4.2数据的无线传输 8
2.4.3数据的分析处理 11
2.4.4数据的显示 13
2.5本章小结 13
第3章系统主要电路的设计 14
3.1电源电路的设计 14
3.2DHT11数字温湿度传感器与单片机连接的电路设计 17
3.3YL-800IL扩频无线模块与单片机连接的电路设计 17
3.4串口通讯部分的电路设计 18
3.5其他电路的设计 19
3.5.1复位电路 19
3.5.2触控板电路 20
3.6本章小结 21
第4章系统软件的总体设计 21
4.1软件设计概述 21
4.2系统的开发环境 22
4.2.1CCS开发环境 22
4.2.2MicrosoftVisualC++6.0集成编程系统 22
4.3上位机通信 23
4.4数据采集的软件设计 24
4.5无线传输的软件设计 25
4.6本章小结 26
第5章系统测试 26
5.1系统实物图 27
5.2系统测试结果 27
5.3本章小结 28
第6章总结与展望 28
参考文献 28
基于MSP430的数据采集装置设计与实现
第1章绪论
1.1论文选题的意义
科技的发展推动着社会的脚步不断向前的同时,人们的生活水平也大幅度地提升,人们对生活质量和生产质量的要求也越来越高,然而,良好的生活生产质量和一个好的环境是密不可分的。
由于温度和湿度是两个最基本最重要的参数,对温湿度值的良好控制是一个高品质生活的开端。
因此,在现代生产生活中,需要人们有能力对环境进行良好的监测与控制,如粮仓,仓库,生产车间等。
过往的人们大多采用人工抄表的方式,这样不仅实时性差,而且效率低下。
而有线传输又给系统的安装带来了很大的工作量。
以这些不够科学的方式,不仅效率低下不利于人才资源的充分利用,而且误差大精准度不够高,缺乏科学性。
因此人们需要一种更加高效便捷的采集系统。
本文设计的无线采集系统能够满足使用简单,易于观察,误差小等要求,方便人们对环境进行有效监测。
若将本系统进一步扩展还能发展成分布式无线温湿度采集系统。
这不仅仅给人们生产生活带来便利,同时也体现了科技与社会的发展与进步。
1.2国内外关于该课题的研究现状
1.2.1传感器技术的发展
信息技术对社会发展,科学进步起了重要作用。
而信息技术主要包括信息采集,信息传输和信息处理,而信息的采集离不开传感器技术。
因此,传感器被称为是新技术革命和信息社会的重要技术基础,是现代科技的开路先锋。
传感器技术受到普遍重视是从80年代起,随即掀起一片对传感器技术的热潮,不久之后就将技术应用到实际。
温湿度传感器是使用范围最广使用数量最多的一种传感器,其发展历程经历了以下几个阶段:
初期为分立式温湿度传感器,通过电量之间的转换来测量温湿度;而后是模拟集成温湿度控制器/传感器,向集成化方向发展;最后是智能温湿度传感器,免去了人工现场操作步骤。
随着信息技术的不断发展,传感器在生产生活中的重要性日渐增加,由模拟信号向数字信号、由集成向人工智能及网络控制方向发展。
我国在传感器的应用方面由于起步较其他发达国家晚所以还比较落后,在产业化程度、配套装备及技术方面还有一定差距,但是我国的传感器技术研究人员不仅努力学习国外先进技术与经验,而且勇于创新敢于探索。
相信我国的传感器技术处于国际领先指日可待。
1.2.2单片机的发展
世界上第一块4位微处理器芯片Intel4004于1971年由Intel公司的霍夫研制成功,这标志着第一代微处理器的问世,微处理器和微机时代由此开始。
随后就有许多微处理器相继被推出,具有代表性的还属80年代初,Intel公司在MCS-48基础上推出的MCS-51系列8位高档单片机。
其指令采用的被称为“CISC”的复杂指令集,具有111条指令,由于其自身的一些特点被广泛应用于各个方面。
然而1996年德州仪器推出了MSP430系列16位超低功耗单片机,它采用精简指令结构,只有27条指令,同时众多的寄存器以及片内的存储器都能参加各种运算,功能强大运算速度快。
与MSC-51具有的两种低功耗模式相比MSP430具有四种低功耗方式,更加适用于便携式应用设备。
加上其内部的数据总线经过转换还存在8位的总线,加上其自身的混合型结构,对其这种开放型的架构而言,无论是想要扩展8位的功能模块还是16位的功能模块更是十分方便的。
并且该系列单片机经过多年的优化升级为用户提供了一个更具方便,廉价,实用等优点的一个较为理想的样机开发方式。
1.2.3通信技术的发展
从古代的声光通信,到后来的有线通信再到今天的无线通信,可以容易的看出通信技术已经得到了迅猛的发展。
本系统采用的是无线端距离通信。
而在现代通信技术的无线短距离通信中,主要有Zigbee,WiFi和433MHz三种无线技术,以上三种技术都使用ISM免执照频段,但它们各有特点。
具有高传输速率,支持“永远在线”的WiFi技术对于某些应用或场合而言,这些功能或许能派上用场,但是这些功能带来的负面作用也有不少,如功耗的增加,可靠性及其他性能的降低。
相比于WiFi技术,Zigbee是定位于低传输速率的应用,并且Zigbee和433Hhz技术的正常工作模式是只在有数据收发的时刻才创建一条无线链路,所以很大程度的降低了对网络中其它设备的干扰和设备本身的功耗。
由于433MHz技术使用的是433MHz无线频段,所以与WiFi和Zigbee相比,433MHz技术的无线信号的穿透性更强而且能够传播得更远。
因为它具有远远小于WiFi和Zigbee的9600bps数据速率,因此433Mhz技术一般适合应用在数据传输量较少的系统。
而本系统
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