1、本科毕业论文（20 届）基于 MSP430 的数据采集装置设计与实现所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 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
2、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；AbstractThe paper describes a d
3、esign of the system, with the high-performance low-power 16bit microcontroller msp430f5529 as the core to aqcuist the indoor temperature and humidity. In the hardware design of the system, selected components can not only meet the design requirements but also have high raliability depengding on the
4、feature required. At the same time the paper introduces the function, the feature and module circuit of all components. The part of software design shows a simple and reasonable design thought, however, this part mainly can be divided into three parts: part of temperature and humidity data acquisiti
5、on, wireless transmission of the temperature and humidity data and data displayed on PC by serial port communication. Because of the new type of single bus digital temperature and humidity sensor DHT11 has the advantages of small volume, simple interface and fast response, so the indoor temperature
6、and humidity data acquisition part adopts DHT11 to complete and digital temperature and humidity sensor module acquisition; with low power consumption, strong anti-interference ability, low error rate etc, so the data wireless transmission part adopts the micropower YL800IL spread spectrum wireless
7、module to complete the spread spectrum of wireless data transmission; And the display part is implemented through simplely read serial data. This system has a digital sensor, wireless communications, and other functions, saves the space of small size, low power consumption, simple operation, very su
8、itable for promotion, and follow the design principle of the reliability and stability, therefore, has obtained the good effect in practical application.Key words: msp430; Temperature and humidity data acquisition; Spread spectrum wireless transmission;目录第 1章 绪论.11.1论文选题的意义.11.2国内外关于该课题的研究现状.11.2.1传
9、感器技术的发展 .11.2.2 单片机的发展.21.2.3通信技术的发展 .21.3本文研究的主要内容.3第 2章 系统的总体设计.32.1系统功能设计.32.2系统设计原则.42.3系统硬件设计的总体方案.42.4系统各部分功能介绍.52.4.1温湿度的采集 .52.4.2 数据的无线传输.82.4.3 数据的分析处理.112.4.4 数据的显示.132.5本章小结.13第 3章 系统主要电路的设计.143.1电源电路的设计.143.2 DHT11数字温湿度传感器与单片机连接的电路设计.173.3 YL-800IL扩频无线模块与单片机连接的电路设计.173.4 串口通讯部分的电路设计 .18
10、3.5 其他电路的设计 .193.5.1 复位电路.193.5.2 触控板电路.203.6本章小结.21第 4章 系统软件的总体设计.214.1软件设计概述.214.2 系统的开发环境 .224.2.1 CCS开发环境 .224.2.2 Microsoft Visual C+6.0集成编程系统 .224.3 上位机通信 .234.4数据采集的软件设计.244.5无线传输的软件设计.254.6 本章小结 .26第 5章 系统测试.265.1系统实物图.275.2 系统测试结果 .275.3 本章小结 .28第 6章 总结与展望.28参考文献.281基于 MSP430 的数据采集装置设计与实现第
11、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
12、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
13、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2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
14、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 M
15、SC-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
16、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，3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
17、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。而本系统所需要传输的数据较少所以采用的是 433MHz无线技术来实现短距离无线通信。1.3本文研究的主要内容本文研究的内容主要按照下面几个模块分别进行设计的：msp430f5529 单片机和温湿度采集模块，是本文的核心模块，主要负责温湿度的采集以及将采集来的数据进行处理发送给上位机；上位机接收模块，主要负责将无线传输的数据进行接收并传输给主机。本设计的主要特点：1、实时采集当前温湿度值系统上电完成初始化后，通过数字传感器实时采集当前室内温湿度值。2、数据通过无
18、线传输至上位机对各监测点测量值通过无线通信上传至上位机，利用的是无线扩频技术，设备简洁，精确度高，方便使用。3、数据显示利用上位机通信，将采集到的室内温湿度值在计算机上显示。第 2 章 系统的总体设计2.1系统功能设计本系统主要实现以下两点功能：41、利用 dht11温湿度传感器对室内的温湿度值进行实时采样，根据实际情况的需求，可在多个地点设置合理的采集装置，所在采样点的温湿度传感器会进行实时的采集温湿度值，采集到的数据会在 msp430f5529单片机中进行处理。2、通过 YL-800IL扩频无线模块将采集到的温湿度数据发送到一定范围内的另一个扩频无线模块，并通过串口通信将采集到的数据在电脑
19、上显示。2.2系统设计原则1.安装和操作简单。在设计系统时，要充分考虑使用该设备的人群知识领域与范围，尽可能降低适用人群的专业要求，使得对该领域只是不熟知的人们也能轻易地学会使用，才能充分体现该系统的实用价值，才能被广大的消费群体所接纳，从而实现便民利民的设计初衷。2.可靠性要高。笔者认为可靠性是一个系统关键所在，若没有较高的可靠性作支撑，则一定会严重影响到采集的数据的准确性，一旦数据不准确，那么设计该系统的意义也荡然无存。因此，为了保证较高的可靠性，本文选择了通过严格要求使用器件的方式，即选用可靠性高的器件，同时还要对软硬件滤波来加强系统的抗干扰性。3.各项数据指标要合理准确。该设计系统被应
20、用在室内环境，所以一般不会出现极端的情形，所以温度的测量范围为 0-50，精度为2，湿度测量范围为 20-90%RH，精度为5%RH。4.器件的选择要合理。在选择器件时，不能一味追求器件的高性能，还要中分考虑实际情况的需要来合理的选择器件，选择是主要按照以下几点要求：首先以满足系统的基本要求为底线，然后按照实际需求来选择测量温湿度的精度，最后所选择器件的外围电路尽可能简单，这样不仅能增强系统的抗干扰能力而且提高了系统的可应用性。2.3系统硬件设计的总体方案设计系统时，把系统总体大致分为了三部分，第一部分为室内温湿度数据的实时采集并对其进行 AD转换，主要由 dht11温湿度采集模块来实现；第二
21、部分为单片机对数字化数据的分析与处理，主要包括 msp430f5529单片机控制模块；第三部分为对所采集数据的扩频无线传输，主要包括 YL-800IL扩频无线传输模块；最后还包5括一些 MCU与 PC机的串口通信部分以及终端 PC的显示。系统总体框图如下：温度传感器 扩频无线模块MCUPC 扩频无线模块MCU图 2.1 温湿度监测系统的总体框图2.4系统各部分功能介绍2.4.1温湿度的采集多年来，温湿度传感器已经由模拟化向着数字化的方向发展，而且数字传感器也已经有了很广泛的应用，由于数字传感器与的单片机通信更加方便，所以本设计系统采用 dht11数字式温湿度传感器。该温湿度传感器不仅能采集温度
22、还能采集湿度，利用这个器件能对温湿度两组数据进行统一采集，同时该传感器设计了校准参数，因此测量到的数据比较可靠，人们使用简单方便，而且数字信号传输的方式使得电路的设计也变得十分简单。dht11 温湿度传感器自身集成了一个高性能单片机，该单片机为确保器件运行的良好性会时刻对其进行分析。dht11 中含有两个主要的元件，分别为电阻式感湿和 NTC测温元件，感湿元件时利用电阻在不同湿度时的电阻值不同来测量温度值，测温元件是利用温度敏感元件做的测温探头，都具有灵敏的优点。由于具有以上所述特点，该器件同时具有成本低，质量好两大优点，十分适合应用于实际系统电路中。DHT11 采用了 SPI串行接口的连接方式，仅仅需要一条线就能完成与单片机的连接，这样不仅大大地建华可电路的设计，同时提高了系
