論文基于MSP430單片機(jī)的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)制作

1、專(zhuān) 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)題 目：基于MSP430單片機(jī)的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)儀的設(shè)計(jì)制作畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要溫濕度和光照度等參數(shù)是標(biāo)定環(huán)境不可缺少的參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量具 有重要意義。本文以室內(nèi)外居住環(huán)境為背景， 設(shè)計(jì)出一種以MSP430F5438超低功 耗單片機(jī)為控制核心的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)儀。論文對(duì)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件和軟件模塊包括子系統(tǒng)模塊進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)： 通過(guò)相應(yīng)的傳感器芯片對(duì)包括溫度、濕度、光強(qiáng)、紅外輻射度和可燃?xì)怏w濃度等 環(huán)境參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和采集；通過(guò)微處理器MSP430F5438隔傳感器芯片采集到的數(shù) 據(jù)進(jìn)行分析處理，并在液晶終端進(jìn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)控。論文分別對(duì)溫度傳感器模塊，單總線(xiàn)濕度

2、傳感器模塊，光照度傳感器模塊， 氣敏傳感器模塊，紅外熱釋電模塊以及按鍵和液晶顯示模塊進(jìn)行了單模塊分別調(diào) 試。在此基礎(chǔ)上對(duì)這些子程序模塊進(jìn)行了整合調(diào)試及整機(jī)功能和功耗測(cè)試，最終 完成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)及儀器的設(shè)計(jì)制作。實(shí)驗(yàn)顯示，本環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)儀具有體積小、攜帶方便、功耗低、可靠性高、 免維護(hù)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：MSP430片機(jī)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感器液晶顯示畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要Title :The Design and Production of EnvironmentalParameter Monitor Based on MSP430Abstract

3、 :Parameters such as temperature, humidity and 川uminance 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

4、 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, ill

5、uminance, 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 temper

6、ature sensor module, single bus humidity sensor module,川uminancesensormodule, 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 produ

7、ction 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

8、in the field of indoor and outdoor environmental parameters monitoring.Key words: MSP430, Environmental Parameter Monitor, Sensor, LCD Display1緒論 11.1 課題背景 11.2 論文的主要內(nèi)容 22數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 32.1 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì) 32.2 單片機(jī)選型 32.2.1 MSP430單片機(jī)概述 32.2.2 MSP430F5438A介紹 42.3 傳感器的選型 53系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 73.1 主控芯片模塊 73.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊

9、 73.1.2 系統(tǒng)電源模塊 83.2 子系統(tǒng)模塊 83.2.1 光強(qiáng)采集模塊 83.2.2 溫度采集模塊 103.2.3 濕度采集模塊 113.2.4 氣敏傳感器監(jiān)測(cè)模塊 123.2.5 紅外采集模塊 133.2.6 液晶顯示和鍵盤(pán)模塊 153.3 硬件電路板的焊接與制作 173.3.1 系統(tǒng)硬件電路原理圖 173.3.2 系統(tǒng)硬件電路 PCBS 184系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 204.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境及編程思想簡(jiǎn)介 204.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 204.3 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) 214.3.1 按鍵設(shè)置程序 214.3.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)程序 224.3.3 主控芯片MSP430F5438時(shí)鐘設(shè)定程序 234.3.

10、4 DHT11單總線(xiàn)數(shù)據(jù)讀取程序 244.3.5 片內(nèi) ADCE序 264.3.6 模擬12c通信協(xié)議 275監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)試分析 325.1 人機(jī)操作界面測(cè)試分析 325.2 光強(qiáng)模塊測(cè)試分析 335.3 溫度模塊測(cè)試分析 345.4 濕度模塊測(cè)試分析 345.5 氣敏傳感器監(jiān)測(cè)模塊測(cè)試分析 355.6 紅外監(jiān)控模塊測(cè)試分析 365.7 整機(jī)裝配與調(diào)試 375.7.1 整機(jī)裝配調(diào)試 375.7.2 功耗測(cè)試 38總結(jié) 38致謝 39參考文獻(xiàn) 39附錄A系統(tǒng)原理圖 41附錄B系統(tǒng)PCB圖 42附錄C控制程序源代碼 431緒論1.1 課題背景為了使人類(lèi)擁有舒適、健康的生活，很多情況下要監(jiān)測(cè)周?chē)沫h(huán)境

11、參數(shù)。 如城市的空氣質(zhì)量，溫室大棚中的溫濕度光照度等參數(shù)的控制，沿海城市海 水浴場(chǎng)水質(zhì)，污染物的排放等。通過(guò)環(huán)境檢測(cè)，提供代表環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的數(shù) 據(jù)，判斷環(huán)境質(zhì)量是否符合國(guó)家制定的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)當(dāng)前主要環(huán)境問(wèn) 題，環(huán)境參數(shù)與人們的生活息息相關(guān)，對(duì)于環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)十分必要。對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)的參數(shù)中，溫濕度和光照度是極其重要的參數(shù)。舒適的環(huán) 境會(huì)讓人感覺(jué)心情舒暢，人體感覺(jué)舒服，當(dāng)室內(nèi)溫度在 18 c20 C ,濕度為 40%60%時(shí)，人的思維最敏捷，工作效率最高。但當(dāng)室溫超過(guò) 28C ,濕度 大于70%時(shí)，就會(huì)生悶熱、出汗、煩燥、疲勞等反應(yīng)，容易讓人的情緒不穩(wěn) 定甚至無(wú)法正常工作。室內(nèi)光照度測(cè)量也很

12、必要，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的自然光照度是 150lux300lux ,人眼在看書(shū)感到正好時(shí)的光照度是 200lux,當(dāng)光線(xiàn)過(guò)強(qiáng)或 過(guò)暗都會(huì)對(duì)眼睛有所損傷，而且更容易引起視疲勞，影響學(xué)習(xí)和工作效率。所以要營(yíng)造一個(gè)舒適適合人們生活與居住的環(huán)境就必須對(duì)溫度、濕度、光照 度參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。環(huán)境監(jiān)測(cè)離不開(kāi)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是在測(cè)量工程中，無(wú)需人工記 錄測(cè)量數(shù)據(jù)能自動(dòng)進(jìn)行采集，信號(hào)處理，并記錄顯示，如今無(wú)論是生產(chǎn)還是 實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)量都是要求精度高，速度快，這些人工測(cè)量無(wú)法完成，只能用 自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)才能完成的。環(huán)境參數(shù)的傳統(tǒng)測(cè)量方法中，測(cè)量設(shè)備體積較大，實(shí)時(shí)性差，精度低， 還需花費(fèi)較大的人力，己不再適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速

13、發(fā)展要求。隨著單片機(jī)技 術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)地快速發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)也日 新月異。各種實(shí)時(shí)性好，精度高，且適應(yīng)各種苛刻環(huán)境的測(cè)量系統(tǒng)己被開(kāi)發(fā) 出來(lái)，在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在對(duì)環(huán)境參數(shù)的采集方面由于高集 成度低功耗低電壓的集成芯片的大量問(wèn)世，使得儀表的功耗越來(lái)越低，功能 越來(lái)越強(qiáng)大。1.2 論文的主要內(nèi)容本文設(shè)計(jì)并制作了一款基于MSP430單片機(jī)的環(huán)境參數(shù)采集監(jiān)測(cè)儀。該監(jiān) 測(cè)儀具有環(huán)境溫度、濕度、光照度、可燃?xì)怏w濃度、紅外輻射度等參數(shù)監(jiān)測(cè) 功能。其主要內(nèi)容包含課題背景、環(huán)境數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)試分析等。首先，論文介紹了

14、課題背景，闡述了環(huán)境監(jiān)測(cè)及監(jiān)測(cè)儀器的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā) 展趨勢(shì)，由此提出了基于 MSP430單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方 案，并針對(duì)需要監(jiān)測(cè)的參數(shù)進(jìn)行了器件選型及方案設(shè)計(jì)。其次，論文進(jìn)行了詳細(xì)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，并搭建了相關(guān)硬件模塊電路，包 含以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、監(jiān)控報(bào)警模塊、鍵盤(pán)和 液晶顯示模塊。主控模塊采用 MSP430F5438A作為控制核心，數(shù)據(jù)采集監(jiān)控 模塊部分采用TPM275數(shù)字輸出溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度，DHT11單總線(xiàn)濕 度傳感器檢測(cè)環(huán)境濕度，BH1750FVI光照度傳感器檢測(cè)環(huán)境光照強(qiáng)度，MQ-2 氣敏傳感器監(jiān)測(cè)相關(guān)氣體相對(duì)強(qiáng)度以及 KP-500B紅外熱

15、釋電傳感器監(jiān)測(cè)紅外 輻射相對(duì)強(qiáng)度。整機(jī)系統(tǒng)通過(guò)按鍵和液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及監(jiān)測(cè)結(jié)果 的顯示輸出。再次，論文對(duì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了主要說(shuō)明，包括系統(tǒng)主程序以及相應(yīng)的 測(cè)溫、測(cè)濕、測(cè)光照度等測(cè)量子程序，以及外圍鍵盤(pán)與 LCD顯示接口模塊程 序等。最后，進(jìn)行了系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試分析，在軟硬件連接的基礎(chǔ)上分別對(duì)溫度傳感 器TPM275模塊，單總線(xiàn)濕度傳感器DHT11模塊，光照度傳感器BH1750FV 模塊，氣敏傳感器MQ-2模塊，紅外熱釋電KP-500B模塊以及按鍵和液晶顯 示模塊進(jìn)行了單模塊分別調(diào)試。在此基礎(chǔ)上對(duì)這些子程序模塊進(jìn)行了整合調(diào) 試及整機(jī)功耗測(cè)試，輔以外殼安裝，最終完成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)及儀器的設(shè)計(jì)

16、制 作。2數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案2.1 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì)基于16位單片機(jī)MSP430 5438A的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、光照度傳感器等進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集，以及液晶顯示模塊與用戶(hù)進(jìn)行交流，通過(guò)軟件編程協(xié)調(diào)各部分工 作，實(shí)現(xiàn)體積小、低功耗環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)總體框圖如圖2-2所示：,I。-A<±ZISPMSP430F5438A5,單片機(jī)-IIO圖2-2系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖MSP430單片機(jī)還有一個(gè)特點(diǎn)就是支持 C語(yǔ)言編程，由于采用C語(yǔ)言開(kāi) 發(fā)可以大大的提高開(kāi)發(fā)效率，縮短開(kāi)發(fā)周期，并且采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)程序具有非常好的可讀性和移植性，因此本設(shè)計(jì)的軟件采用高效的MSP430系列的C語(yǔ)言編寫(xiě)，軟件部

17、分采用IAR公司提供的開(kāi)發(fā)環(huán)境：IAR Embedded Workbench 及調(diào)試器C-SPY。利用該軟件可直接將程序通過(guò)單片機(jī)本身帶有的JTAG接口下載到單片機(jī)的FLASH存儲(chǔ)器中，再由該軟件通過(guò)JTAG接口讀取單片機(jī) 內(nèi)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單片機(jī)上運(yùn)行的程序，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)仿真。為了方便程序調(diào)度和提高可靠性，軟件采用結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)方法， 每個(gè)模塊完成一個(gè)特定功能，在電路設(shè)計(jì)調(diào)試會(huì)對(duì)每一模塊電路進(jìn)行程序編 寫(xiě)調(diào)試，之后完成整個(gè)系統(tǒng)程序的整合編寫(xiě)。整個(gè)系統(tǒng)主要由初始化程序、 主程序、子程序等組成，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和顯示。2.2 單片機(jī)選型2.2.1 MSP430單片機(jī)概述MSP430單

18、片機(jī)是TI公司推出的一款16位超低功耗的混合信號(hào)處理器。該系列單片機(jī)自1996年問(wèn)世以來(lái)，以其卓越的性能成為眾多單片機(jī)系列中一顆耀眼的新星。它有以下特點(diǎn)：（1）具備強(qiáng)大的處理能力，可編制出高效率的源程序。采用精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。（2）具備高效的運(yùn)算速度和靈活的運(yùn) 算方法。MSP430系列單片機(jī)能在8MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)125ns的指令周 期;16位的數(shù)據(jù)寬度以及多功能的硬件乘法器相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法；中斷源較多，并且可以任意嵌套，使

19、用時(shí)靈活方便，當(dāng)系統(tǒng)處于省 電的備用狀態(tài)時(shí)，用中斷請(qǐng)求將它喚醒只用6uso系統(tǒng)可以穩(wěn)定可靠的工作。系統(tǒng)穩(wěn)定上電復(fù)位后，首先由 DCOCLK啟動(dòng)CPU,以保證程序從正確的位 置開(kāi)始執(zhí)行，使晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間 ；然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)?寄存器的控制位來(lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率；如果晶體振蕩器在用做 CPU時(shí) 鐘時(shí)發(fā)生故障，DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用 看門(mén)狗將其復(fù)位。（4）豐富的片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的 方便。它們分別是看門(mén)狗、模擬比較器 A、定時(shí)器A、定時(shí)器B ，串口 0、 1 （USART0, 1）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位A

20、DC, I2C總線(xiàn)、直接 數(shù)據(jù)存?。―MA）、端口 0 （P0）、端口 1（P1）、基本定時(shí)器（Basic Timer）等一些外 圍模塊的不同組合。（4）具備卓越的超低功耗特性。MSP430單片機(jī)在降低芯 片的電源電壓及靈活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。首先，其電源 電壓采用的是1.8V至ij 3.6V電壓，在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電 流在1到400uA左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 0.1uA;其次是獨(dú)特的時(shí) 鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在 MSP430系列中有兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)：基本時(shí)鐘系統(tǒng)（有的使用一個(gè)晶體振蕩器，有的使用兩個(gè)晶體振蕩器）和鎖頻環(huán)時(shí)鐘系統(tǒng) 或DCO數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系

21、統(tǒng)。這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。2.2.2 MSP430F5438A 介紹本設(shè)計(jì)采用的 MSP430F5438A單片機(jī)MSP430F5438A 主要參數(shù)：1. 256K Flash, 16K RAM;2. P1, P2 16個(gè)中斷 IO 口；3. 16位CRC校驗(yàn)；4. 16通道AD采用，200ksps, 12路外部采樣，同時(shí)內(nèi)置一個(gè)溫度傳感器，可以采集芯片溫度;5. 支持32位硬件乘法器；6. RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘；7. 4 個(gè) USCI, UCAx 支持串口，卜DA/SPI , UCBx 支持 SPI/IIC ;8. 15個(gè)捕捉/比較定時(shí)器；9. JTAG

22、/SBW （4線(xiàn)/2線(xiàn)仿真下載）；10. UCS統(tǒng)一時(shí)鐘管理；11. 系統(tǒng)看門(mén)狗Watchdogs；12. 支持多種低功耗模式LPM;13. 支持欠壓或低壓自動(dòng)復(fù)位；2.3傳感器的選型光強(qiáng)傳感器選用的是BH1750FVI,這是一種用于兩線(xiàn)式串行總線(xiàn)接口的 數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。這種集成電路可以根據(jù)采集的光線(xiàn)強(qiáng)度數(shù)據(jù) 來(lái)調(diào)整液晶或者鍵盤(pán)背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測(cè)較大范圍的 光強(qiáng)度變化。該傳感器支持I2C通信，最小誤差變動(dòng)在i20%,受紅外線(xiàn)影響 很小。溫度傳感器選用的是TMP275,是一個(gè)精度為0.5C,兩線(xiàn)制，串行輸出 溫度傳感器，采用SO-8的封裝，檢測(cè)溫度-20C至+10

23、0C,能滿(mǎn)足正常情況 下的溫度檢測(cè)。濕度傳感器選用的是DHT11 ,可以對(duì)TMP275檢測(cè)到的溫度進(jìn)行修正?？扇?xì)怏w傳感器使用的是 MQ-2 ,可燃?xì)怏w傳感器所使用的氣敏材料是在 清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃可燃?xì)怏w 時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路 即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。從而檢測(cè)對(duì)應(yīng) 的可燃?xì)怏w。紅外傳感器使用的是BISS0001,這是是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處 理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋 電紅外開(kāi)關(guān)。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類(lèi)白炙燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門(mén)、

24、電 風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及 家庭的過(guò)道等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。優(yōu) 點(diǎn)是，內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解 范圍寬，內(nèi)置參考電壓，工作電壓范圍 2V6V。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 主控芯片模塊3.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊本系統(tǒng)采用的主控芯片為 MSP430F5438A單片機(jī)，有100個(gè)引腳，其芯片引腳如圖3-1所示：1111rTAJ 由二 |f 22 TAI. paji4ijP2.4 nrccLX Fi.i FZ4CLR ?2；.u. im”.讓口m.fl tlBirSTE U 亡血 Fi ll

25、Li W區(qū)IMh* Ui'HffiljA LL'kMKLHMJ LC'BffiC L PS H.i BiH l UCAfiftH UM DMgW *Et>UCA*W口 F33 LL A4JKAO LCAUDMIL PAjMi ftl-STf LifAlltfc PI T Lq H ktaJ U< UL&LlA F4.0tbU.b rd 11 Mi. |.FJ-Z-TBUJ七；UJI&JJ一F4.4 IHJ.J.營(yíng)!F45TBUJJ = Ipa 曲 TM.a P4； I kHk iJk. 2lL Lk £ K：_M 一 $/3iYFj

26、卡 X-丁 w>sdN1-吉JT-sy工 asee.M*A工 善工一,"f.二 Y 7IWG DVS的 25E 孑-in ac3Tt L 三百二；7zk- =;二”.-r - -.-;- w 工ate? 3二 EwnKs="H ¥ ，<0? _£-T_(rQk 星TFK.J.AJ rsui-Al F* H'AI K. IK AjO rcu>PI 1TKK iPJZTMSi rjJ.TMlCLK ri&TLNi 1£SITB* TfK IM 1 / T3OUT ”二常 nsDY-SS4 曄工工 Fm/iMjLLK

27、 PI 1.1 W LK PHJSJU Lk flO?ino*t IM4J UCAJJL5LD UL AJsLHMI J P m U"TXBmMMD I”，I L i w L : M i LI日 Pia I U- 中 U LH H弱IJC AM Lk*»JA2A2*4 JIAlgr"MllaixlN爛G、口it14IIHXDg2524XD_*2 sc krbot>P S |M! i，*LhP 1. 肘:” I、 XI圖3-1 MSP430F5438A芯片引腳電路系統(tǒng)主時(shí)鐘晶振如圖3-2所示采用的是32768Hz的晶振，XIN接到單片機(jī)P7.0 口，XOUT接

28、到單片機(jī)P7.1 口。r，XTAL1圖3-2 MSP430F5438A晶振電路系統(tǒng)復(fù)位電路如圖3-3所示，單片機(jī)復(fù)位引腳 P9.7上拉510K電阻接VCC,通過(guò)電容接地，電容兩端并聯(lián)一個(gè)獨(dú)立按鍵，用以完成單片機(jī)的系統(tǒng) 復(fù)位。圖3-3 MSP430F5438A復(fù)位電路3.1.2 系統(tǒng)電源模塊整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)板的主控芯片模塊和數(shù)據(jù)采集子模塊（包括相關(guān)傳感 器）均采用3.3V系統(tǒng)電源供電。系統(tǒng)電源電路如圖3-4所示，通過(guò)電容濾波、 去耦后由TPS5430完成由12V到3.3V的轉(zhuǎn)換。HI T 2M1.3A4CHD.luF圖3-4 MSP430F5438A電源電路3.2 子系統(tǒng)模塊3.2.1 光強(qiáng)采集

29、模塊1、BH1750FVI傳感器介紹光強(qiáng)采集模塊選取的是BH1750FVI。是一種16位數(shù)字輸出型環(huán)境光強(qiáng)度 傳感器集成電路，用于兩線(xiàn)式申行總線(xiàn)接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。 這種集成電路可以根據(jù)采集的光線(xiàn)強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整液晶或者鍵盤(pán)背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測(cè)較大范圍的光強(qiáng)度變化(1lx655351X)。引腳說(shuō)明如圖3-5和表3-1所示：U3VCC SCL 25ADDR DVI 34GND SDA -BH175OFVI圖3-5 BH1750引腳圖表3-1 BH1750引腳功能表管腳編號(hào)端口名稱(chēng)功能1VCC電源端口2ADDRI2C地址控制端，如果ADDR="H'

30、(ADDR 0.7Vcc),那么 HighByte= "1011100”如果 ADDR="L”(ADDRC 0.3Vcc),那么 Low Byte = "1001_0000"。3GND接地端口4SDAI2C接口 SDA端口5DVISDA,SCL端口參考電壓，DVI端口為內(nèi)部寄存器的異 步重置端口6SCLI2C接口 SCL端口2、光強(qiáng)采集模塊電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中采用3.3V供電，ADDR地址段接地，電源和地線(xiàn)之間通過(guò)瓷 片電容濾波。數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA和時(shí)鐘線(xiàn)SCL接一個(gè)10K的上拉電阻接VCC , DVI 內(nèi)部寄存器的異步重置端口上拉 10K電阻接VCC ,然后通

31、過(guò)電容接地整體電 路通過(guò)SDA與SCL線(xiàn)與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。SDA線(xiàn)接單片機(jī)P9.1 口，SCL 線(xiàn)接單片機(jī)P9.2 口。電路如圖3-6所示：-3.3V光超傳感罌那17包FV【ADDS 0,從甥地址01000II圖3-6光強(qiáng)傳感器電路在數(shù)據(jù)采集的時(shí)候主要由I2C的數(shù)據(jù)線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)來(lái)完成和單片機(jī)的數(shù)據(jù) 交換。3.2.2溫度采集模塊1、TMP275傳感器介紹數(shù)字輸出溫度傳感器TMP275,是一個(gè)精度為0.5C、兩線(xiàn)制、串行輸出 溫度傳感器，TMP275是與SMBUS兼容的，并支持在一條總線(xiàn)上使用多達(dá)八 臺(tái)器件。額定運(yùn)行溫度范圍為40c至+125C。引腳說(shuō)明如圖3-7和表3-2 所示：U41VSDA

32、V+SCLA0ALERTA1GNDA2TMP275AIDR如圖3-7 TMP275引腳圖表3-2 TMP275引腳功能表管腳編號(hào)端口名稱(chēng)功能1SDAI2C接口 SDA端口2SCL2 ，、一I C接口 SCL端口3ALERT通過(guò)高低電平配置寄存器4GND接地端口57A0A28個(gè)地址選擇8V+電源端口2、溫度采集模塊電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的溫度采集模塊電路采用數(shù)字芯片， 與介紹設(shè)計(jì)的電路基本一致， 除數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA和時(shí)鐘線(xiàn)SCL上拉10K電阻接VCC和在VCC和GND之間 加一個(gè)旁路電容之外并無(wú)其他元器件。SDA線(xiàn)接單片機(jī)P9.1 口，SCL線(xiàn)接單 片機(jī)P9.2 口電路如圖3-8所示：+3.3VR5IOKI

33、OKSDASCLALERT+3.3VSDA V+SCL AOALERT AlGND A2C60.1 uhTMP275A(DR數(shù)字輸出溫度傳感器TMP273 A2AlA0=000,從器件地址 1001000圖3-8 TMP275電路在數(shù)據(jù)采集的時(shí)候主要由I2C的數(shù)據(jù)線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)來(lái)完成和單片機(jī)的數(shù)據(jù) 交。3.2.3 濕度采集模塊1、DHT11傳感器介紹數(shù)字溫濕度傳感器DHT11是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度傳 感器。它應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極 高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。DHT11傳感器采用單線(xiàn)制串行接口，使系 統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷，具有體積小、功耗低，信號(hào)傳

34、輸距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是各 類(lèi)苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便，引腳I-說(shuō)明如圖3-9所示：圖3-9 DHT11引腳圖表3-3 DHT11引腳說(shuō)明管腳編號(hào)端口名稱(chēng)功能1VDD供電35.5V DC2DATA申行數(shù)據(jù)，單總線(xiàn)3NC空腳，請(qǐng)懸空4GND接地，電源負(fù)極2、濕度采集模塊電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的DHT11為單總線(xiàn)型的數(shù)據(jù)傳輸，僅通過(guò)一根數(shù)據(jù)線(xiàn)（DATA） 與單片機(jī)相連。接上拉電阻，在 VCC和GND之間接入一個(gè)旁路電容。電路 如圖3-9所示：CON16.5溫濕度傳感器DHT11T3VC2C1()4圖3-9 DHT11電路3.2.4 氣敏傳感器監(jiān)測(cè)模塊1、傳感器介紹MQ-2半導(dǎo)

35、體煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低 的二氧錫。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中 可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與 該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。芯片優(yōu)點(diǎn)：1 .在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度2 .對(duì)液化氣、丙烷、氫氣 的靈敏度較高3 .長(zhǎng)壽命、低成本4 .簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可2、可燃?xì)怏w采集模塊電路可燃?xì)怏w采集模塊電路主要當(dāng)它所處環(huán)境中有可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電 導(dǎo)率隨著空氣中可燃?xì)怏w的濃度增大而增大，從而使輸出相應(yīng)的信號(hào)。在本 設(shè)計(jì)中，對(duì)采樣所得的信號(hào)增加了一個(gè)比較電路，使采樣信號(hào)與設(shè)定電壓值比 較判斷可燃?xì)怏w

36、濃度是否到達(dá)臨界值，從而達(dá)到警報(bào)的效果。其電路如圖3-10 所示：氣收傳感辱M1Q 2圖3-10氣敏傳感器電路圖本系統(tǒng)氣敏傳感器電路特點(diǎn)：1、雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及 TTL數(shù) 字電平輸出）；2、DOUT端正常情況下輸出低電平（低于運(yùn)放同向端輸入的 設(shè)定閾值，可直接接單片機(jī)IO 口輸入判讀）；3、模擬量輸出（out端）0到3V 電（調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可以改變最大電壓，由于單片機(jī)內(nèi)部ADC參考電壓最大值為3.3V）,濃度越高電壓越高；4、對(duì)液化氣、天然氣、CO等有害氣體具 有較好的檢測(cè)靈敏度；5、具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；6、快速的 響應(yīng)恢復(fù)特性。3.2.5 紅外采集模塊1、傳感器介紹紅外

37、熱釋電處理芯片BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集 成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅 外開(kāi)關(guān)。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類(lèi)白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門(mén)、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的 過(guò)道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。引腳說(shuō)明如圖3-11和表3-4所.12 Q嶼圖表3不：iri只，VCVREF=-tIBVSS- VDDRR2r- 2IN-RC11- 1IN+RR- UN-VOr IOUT A B1SSOOQ1SOP 163-11 BIS001 引腳圖- 4 BIS001引腳功能表

38、管腳編號(hào)端口名稱(chēng)功能1A可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng) A為“1” 時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，/、口重復(fù)觸發(fā)2VO控制信號(hào)輸出端。由VS的上跳前沿觸發(fā)，使Vo 輸出從低電平跳變到局電平時(shí)視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無(wú)VS的上跳變時(shí)，Vo 保持低電平。3RR1輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端4RC1輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端5RC2觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端6RR2觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端7VSS工作電源負(fù)端8VRF參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD ,當(dāng)接"0'時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位9VC觸發(fā)禁止端。當(dāng)VC<VR時(shí)禁止觸發(fā)；當(dāng)VC>VR時(shí)允許觸發(fā)。VZ 0.2VDD10

39、IB運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端11VDD工作電源正端122OUT第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端132IN-第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端141IN+第一級(jí)運(yùn)算放大器的同相輸入端151IN-第一級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端2、紅外熱釋電采集模塊電路如圖3-12中，R10為光敏電阻，用來(lái)檢測(cè)環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時(shí)， 若環(huán)境較明亮，R10的電阻值會(huì)降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封 鎖觸發(fā)信號(hào)Vs。CON3是工作方式選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)2與3端連通時(shí)，芯片處于 可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)2與1端連通時(shí)，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方 式。輸出延遲時(shí)間Tx由外部的R11和C18的大小調(diào)整，值為 Tx=24576xR11C

40、1§觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R15和C17的大小調(diào)整，值為 Ti=24xR15C17圖中R12可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，原廠(chǎng)圖紙選 10K,實(shí) 際使用時(shí)可以用3K,可以提高電路增益改善電路性能。R11/R15可以用470歐姆，C6/C7可以選0.1U。因此當(dāng)環(huán)境較暗時(shí)，KP-500B監(jiān)測(cè)至IJ紅外，BISS0001 的V0端有高電平輸出，并保存10秒鐘。通過(guò)主控芯片MSP430F5438A的I/O 的采樣，環(huán)境較暗時(shí)有無(wú)紅外會(huì)顯示在 12864液晶顯示屏上。圖3-12紅外熱釋電電路3.2.6 液晶顯示和鍵盤(pán)模塊1、液晶12864介紹12864A-1漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字

41、及圖形，內(nèi)置 8192個(gè)中文漢字（16*16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8*16點(diǎn)陣）及64*256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）o其引腳功能表如表3-5所示：圖3-5 12864引腳功能表管腳編號(hào)端口名稱(chēng)功能1VSS模塊的電源地2VDD模塊的電源正端。4.55.5V3V0LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸入端4RS(CS)并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào)；串行的片選 信號(hào)5R/W(SID)并行的讀寫(xiě)選擇信號(hào)；串行的數(shù)據(jù)口6E(CLK)并行的使能信號(hào)；串行的同步時(shí)鐘7DB0數(shù)據(jù)08DB1數(shù)據(jù)19DB2數(shù)據(jù)210DB3數(shù)據(jù)311DB4數(shù)據(jù)412DB5數(shù)據(jù)513DB6數(shù)據(jù)614DB7數(shù)據(jù)715PSB數(shù)據(jù)816NC空腳17/RET并

42、/串行接口選擇：H-并行；L-申行18NC空腳19LED_A背光源止極（LED+5V）20LED_K背光源負(fù)極（LED-OV）2、液晶模塊電路原理圖液晶12864電路圖如圖3-13所示，D0-D7接到單片機(jī)P8 口。液晶RS引 腳接到單片機(jī)P3.0 口，液晶RW引腳接到單片機(jī)P3.5 口，液晶E引腳接到單片機(jī)P3.4 口*3如NI由 科圖3-13液晶12864電路圖3、鍵盤(pán)模塊電路原理圖鍵盤(pán)模塊電路圖如圖3-14所示，矩陣鍵盤(pán)的接口和單片機(jī)的 P7 口相連。圖3-14鍵盤(pán)電路原理圖3.3硬件電路板的焊接與制作3.3.1 系統(tǒng)硬件電路原理圖根據(jù)我們所需系統(tǒng)模塊硬件，畫(huà)出如圖 3-15的原理圖，其

43、中包含了電源電路、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)電路、與核心板通信接口電路等子模塊:3TMK"ADRCEIOT415QA J ALEFR POW + go :7 IV QIL 11SCL 5h圖3-15系統(tǒng)原理圖3.3.2 系統(tǒng)硬件電路PCB圖在PCB設(shè)計(jì)中，布線(xiàn)是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，我們的 PCB布線(xiàn)為 雙面布線(xiàn)。為了避免輸入端與輸出端的邊線(xiàn)相鄰平行而產(chǎn)生反射干擾和兩相鄰布線(xiàn)層互相平行產(chǎn)生寄生耦合等干擾而影響線(xiàn)路的穩(wěn)定性， 我們PCB在制 版中考慮PCB尺寸大小、完成PCB布線(xiàn)，如圖3-16所示經(jīng)過(guò)PCB板元器件 焊接，圖3-17數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路板4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境及編程思想簡(jiǎn)

44、介MSP430微處理器開(kāi)發(fā)環(huán)境采用 IAR公司的集成調(diào)試環(huán)境 Embedded Workbench。集成環(huán)境如圖所示。此編譯軟件可通過(guò)JTAG調(diào)試器(JTAGDebugger)直接將程序代碼下載到片內(nèi)FLASH中，即可脫機(jī)運(yùn)行，也可通過(guò)調(diào)試器在線(xiàn)調(diào)試。整個(gè)用戶(hù)界面友好，操作簡(jiǎn)單。 揖11臭 EmbeddedJ . ERe Edii We Proitcx EnidHOi1 T&rti- WMem Mp飛=Q 0當(dāng)4GE e八、F0 * m w騎甥：松心/,MMIC tXTLLC FiH期i+力 Xwg二14E3*PFsData - UCB1 WtayT;/ iPfcr RX da ta4

45、"=H H4J GutVih-qllhfiA. q i £)內(nèi)1阻t4匚 3BDHT11.CHB LZlftiW日'日qsuri匕 Qcryl3t.!一啟Mk，.Borni hEbMTh i- Qinuric!；. 'h1 口 D aipii4B 4G 47 4&H4 To 471 472 473 4 n <75 416 4”110 4 7 J 4&Q 4S1 4E2 4B3 484 4。94 BEelwe FRaDataH IKIRXBUFCBLCTLl |= OCTXSTP?_dal ay_eyeS.aa：4£ 口 S d

46、Tradatad - IRxBuf Eqf(0);7en_3atal » lEtxBuf £ar jlj) s/LEE?| 血£亡亡=白J? 丁r&ad_flag - 0; 一 brsakr 12;If IFJCBtflCtrI UCBlTKBVF =PT界 /rJCByteCtr-7 raad_flag = 1i1( /seB2e?ix |= jezxsrp；X/ Mrwe- flnaJ RX data tp PJtsJJiita/ I2C雪亡叩白曰門(mén)日工占工on/ Vader IQi AXZIKi/ CAtfoir TXDC-uiiEar/TX- Bu

47、ff”7/ Cecrenwn t TX byts counter / rafd/ J2C cap condl EldriJ布卜Fl?Lhd湛 Ud jEHugLoaX圖 4-1 Embedded Workbench 調(diào)試環(huán)境嵌入式系統(tǒng)的軟件編程思想分為兩種：模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程。模塊化 編程就是指將一個(gè)大的工程按功能分割成一些小的模塊，各模塊相對(duì)獨(dú)立、 功能單一、結(jié)構(gòu)清晰、接口簡(jiǎn)單，從而減小了整個(gè)工程程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性， 縮短了開(kāi)發(fā)周期，并且易于程序的維護(hù)和功能擴(kuò)充。結(jié)構(gòu)化編程中各子程序 間使用結(jié)構(gòu)良好的轉(zhuǎn)移或調(diào)用，各個(gè)模塊有機(jī)的組合成一個(gè)整體。在這個(gè)過(guò) 程中，要注意嚴(yán)格控制使用任意轉(zhuǎn)移語(yǔ)句。

48、為了節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高程序的可移植性和可維護(hù)性，我們?cè)陂_(kāi)發(fā)過(guò)程 中采用模塊化編程。4.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主程序運(yùn)行時(shí)，首先應(yīng)該初始化系統(tǒng)的時(shí)鐘，然后調(diào)用系統(tǒng)初始 化子函數(shù)，初始化系統(tǒng)寄存器，主要包括禁止看門(mén)狗、關(guān)閉不需要的外設(shè)以降低系統(tǒng)的功耗。再初始化中斷向量表和與系統(tǒng)功能相關(guān)的微處理器的外設(shè)， 包括I/O端口、液晶、內(nèi)部ADC、定時(shí)器、I2C串口、允許中斷等。當(dāng)所有 的初始化完成之后，最后系統(tǒng)便進(jìn)入到一個(gè) while(1)的無(wú)限循環(huán)之中，進(jìn)行實(shí) 時(shí)讀取溫度、光強(qiáng)值、濕度值、可燃?xì)怏w濃度、當(dāng)環(huán)境較暗時(shí)有無(wú)紅外，同 時(shí)等待定時(shí)中斷的到來(lái)，在子函數(shù)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)監(jiān)控顯示等 功。系

49、統(tǒng)主程序流程如圖4-2所示：圖4-2系統(tǒng)主程序流程圖首先系統(tǒng)上電復(fù)位，開(kāi)始運(yùn)行程序。首先進(jìn)報(bào)警預(yù)設(shè)值，通矩陣鍵盤(pán)設(shè)定 報(bào)警值，并通過(guò)液晶顯示，在用戶(hù)設(shè)置完成按下確定按鍵以后，開(kāi)始整個(gè)系 統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)單片機(jī)在液晶界面實(shí)時(shí)顯示。在主程序框架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，有一些事項(xiàng)需特別注意 ：1、中斷子程序中的代碼數(shù)量不宜過(guò)多，過(guò)多的代碼數(shù)量會(huì)使得中斷子程 序運(yùn)行的時(shí)間變長(zhǎng)，定時(shí)的效果變差。2、在主程序的設(shè)計(jì)中，采用了軟件開(kāi)啟看門(mén)狗的抗干擾措施，防止由于 程序拋飛造成程序陷入無(wú)用的死循環(huán)中。3、芯片使用時(shí)嚴(yán)格按照時(shí)序，以及使用的環(huán)境溫度。4.3 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)4.3.1 按鍵設(shè)置程序按鍵子程序主要用于設(shè)定閾

50、值報(bào)警系統(tǒng)。所以必須滿(mǎn)足下列兩個(gè)條件：(1)開(kāi)機(jī)時(shí)進(jìn)入設(shè)置界面預(yù)設(shè)初值。(2)在軟件運(yùn)行過(guò)程中，每當(dāng)用戶(hù)需要修改閾值時(shí)候可以隨時(shí)修改?！笆_(kāi)機(jī)時(shí)以及按下設(shè)定按鍵時(shí)，進(jìn)入設(shè)置子程序，開(kāi)始修改閾值。按下 鍵”或-鍵”修改預(yù)設(shè)值，按下 確定鍵”來(lái)跳到下一個(gè)環(huán)境參數(shù)設(shè)定，最后一次 按確定以后退出設(shè)置子程序。流程圖 4-3所示:開(kāi)始設(shè)置光強(qiáng)閾值設(shè)置溫度閾值設(shè)置濕度閾值結(jié)束圖4-3按鍵設(shè)置流程圖4.3.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)程序數(shù)據(jù)交換是本設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一環(huán)，是其他程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。所有傳感 器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)與矩陣鍵盤(pán)設(shè)定閥值比較判斷，當(dāng)處理后的數(shù)據(jù)超過(guò)閥值時(shí)，蜂鳴器會(huì)報(bào)警。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)流程圖如圖4-4

51、所圖4-4數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)流程圖4.3.3 主控芯片MSP430F5438A時(shí)鐘設(shè)定程序單片機(jī)工作離不開(kāi)時(shí)鐘，在我們熟悉的51單片機(jī)里面，就是外部那個(gè)11.0592M或12M的晶振給單片機(jī)的CPU和片上外設(shè)提供時(shí)鐘節(jié)拍。MSP430F5438A也是一樣，但是 MSP430F5438A的時(shí)鐘系統(tǒng)比51要先進(jìn)和 復(fù)雜很多。51的時(shí)鐘源只有一個(gè)來(lái)自外部晶振，直接提供給內(nèi)部工作；而MSP430的時(shí)鐘是一個(gè)專(zhuān)門(mén)的模塊， 至少有3個(gè)可選時(shí)鐘源（MSP430F5438A 有5個(gè)），這些基本的時(shí)鐘源不直接提供給 CPU和外設(shè)使用，而是經(jīng)過(guò)一些 數(shù)據(jù)選擇器和分頻器，得到3個(gè)有用的時(shí)鐘信號(hào)。MSP430的CPU和片上外

52、設(shè)可以根據(jù)需要，選擇這3個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中合適的時(shí)鐘。MSP430的低功耗跟它 的時(shí)鐘系統(tǒng)有很大關(guān)系。MSP430F5438A中一共有5個(gè)時(shí)鐘源：XT1CLK、VLOCLK、REFOCLK、DCOCLK、XT2CLK。其中 XT1CLK 是一個(gè)彳氐頻時(shí) 鐘源，由外部提供，一般是外接32.768kHz的手表晶振，無(wú)需外加電容。VLOCLK是一個(gè)集成在片上時(shí)鐘源，低頻低功耗，頻率典型值是10kHz0REFOCLK也是一個(gè)片上時(shí)鐘源，頻率典型值 32.768kHz。DCOCLK是一個(gè) 片上的DCO數(shù)控振蕩器，可以用片上 FLL鎖定。XT2CLK是一個(gè)高頻時(shí)鐘 源，由外部提供，用來(lái)給 MSP430F5438

53、A的RF模塊提供時(shí)鐘，一般是外接 25MHz晶體振蕩器。其中，片上時(shí)鐘VLOCLK、REFOCLK不是很精確穩(wěn)定， 會(huì)受到溫度和電壓的影響。一般對(duì)精度和穩(wěn)定性要求不高的應(yīng)用可以選擇片 上時(shí)鐘。DCOCLK因?yàn)橛蠪LL的鎖定，所以可以提供非常穩(wěn)定的時(shí)鐘。DCOCLK分頻之后的時(shí)鐘 DCOCLKDIV 一般提供給 MCLK和SMCLK。經(jīng) 過(guò)時(shí)鐘系統(tǒng)出來(lái)一般有 3個(gè)時(shí)鐘信號(hào)：ACLK、MCLK、SMCLK。輔助時(shí)鐘 (ACLK)可由軟件選擇作為各個(gè)外圍模塊的時(shí)鐘信號(hào)，一般用于低速外設(shè)。主 系統(tǒng)時(shí)鐘(MCLK)通常用于CPU運(yùn)行，程序的執(zhí)行和其他使用到高速時(shí)鐘的 模塊。子系統(tǒng)時(shí)鐘(SMCLK)通常用

54、于高速外圍模塊。ACLK、MCLK、SMCLK 這3個(gè)時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘模塊產(chǎn)生。時(shí)鐘源可以是上述的5個(gè)之一，也可以是DCOCLK分頻之后的信號(hào) DCOCLKDIV。 FLL用來(lái)鎖DCOCLK ,需要一個(gè) 參考信號(hào)FLLREFCLK ,這個(gè)信號(hào)可以是 XT1CLK、REFOCLK、XT2CLK 三 者之一。關(guān)于 FLL ,它的作用是和 DCO 一起，實(shí)現(xiàn)鎖頻環(huán)倍頻電路。MSP430F5438A的UCS模塊一共有9個(gè)配置寄存器：UCSCTL0UCSCTL8。 通過(guò)對(duì)它們的設(shè)計(jì)，我們可以將主控芯片的時(shí)鐘設(shè)為8MHZ。4.3.4 DHT11單總線(xiàn)數(shù)據(jù)讀取程序數(shù)字溫濕度傳感器DHT11是一種單總線(xiàn)的溫濕度

55、傳感器，接線(xiàn)簡(jiǎn)單。所 以需要，軟件部分來(lái)補(bǔ)償。根據(jù) DHT11的操作時(shí)序來(lái)編寫(xiě)相印的程序，通訊 過(guò)程如圖4-5所示：圖4-5 DHT11的操作時(shí)序圖總線(xiàn)空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線(xiàn)拉低等待DHT11響應(yīng),主機(jī)把總線(xiàn)拉 低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)的開(kāi) 始信號(hào)后，等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束，然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號(hào).主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)等待20-40us后，讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào)，主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信 號(hào)后,可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線(xiàn)由上拉電阻拉高。如圖 4-6所示：信號(hào)線(xiàn)說(shuō)琳主機(jī)信號(hào)DHT信號(hào)圖4-6讀取DHT11總線(xiàn)為低電平，說(shuō)明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，DHT11發(fā)送響