单片机课程方案(2).doc
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设计题目：基于单片机的多探头环境监测系统一、 题目简介本系统的主要任务是以一块单片机控制多个不同功能的探头，以实现 对所处环境的多方面指数实时监控进一步地，通过单片机的实时处理， 通过蓝牙模块发送至PC机，可以实现对环境质量的综合评估本系统可 用于有多方面指数要求的环境检测场合，并且可为进一步的环境控制提供 实时准确的综合信息二、 小组分工（一） 硬件设计：三名学员协作完成在合作完成的原理图基础上，每 人独立完成PCB的设计二） 软件设计与调试：三人分工完成部分模块的程序设计与调试，再 进行系统的整合与优化三、 预期性能指标（一）主要功能：1. 温度测量、相对湿度测量、空气浓度监测、光照强度测量；2. 蓝牙发送数据至PC端；3. 键盘控制、LCD实时显示测量结果；4. 检测量超出指定范围后蜂鸣器报警二）技术指标：1.功耗： <见下表）电压电流功耗备注MSP430f149 单片机225 口 A（活动 >0.8口 A<寺机）运行下 保持在0.81mW以下DHT25数字温湿度传感器0.3mA（测量 >60 口A<寺机）1.5mWTSL2561光强-数字传感 器0.75mW低功耗模式下MG811型气体传感器6.0 ± 0.1V200mA1200mW总功耗小于1.5W.2.测量精度： < 见下表）输出测量范围精度响应时 间备注温度数字输出负40到80度± 0.2摄氏度 <室温 时）10s相对湿度数字输出± 2%RH 16 位6sr室温下二氧化碳浓度模拟输出<30-50mV）使用温度范围：-20到50度光照强度数字输出通过系统设计，使该仪器完全可以用于一体化环境监测领域，且具 有小型化、数字化、低功耗等优点。
四、 主要器件：MSP430f149单片机、DHT25数字温湿度传感器、TSL2561光强-数字 传感器、MG811型气体传感器、LCD1602液晶显示屏、蓝牙串口以及其他 小型外围辅助电路元件五、 工作原理（一）工作原理概述1. 温湿度传感器探测的原理1）温湿度传感器DHT25的基础知识简介?相对湿度和温度测量?全部校准，数字输出?卓越的长期稳定性?无需额外部件?超长的信号传输距离?超低能耗? 4引脚安装?完全互换DHT25数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传 感器它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高 的可靠性与卓越的长期稳定性传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC测温元件，并与一个高性能 8位单片机相连接因此该产品具有品质卓越、超快 响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点每个 DHT25传感器都在极为精确的 湿度校验室中进行校准校准系数以程序的形式储存在 OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数单线制串行接口，使系统集 成变得简易快捷超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20M以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。
产品为 4针单排引脚圭寸装连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供DHT25数字温湿度传感器的基本参数：参数条件MinTypMax单位心审111驚Rll8Bit重复性土 116R11精度25r±4o-wx; I±5互换性1可完全互换量程范围°3090%RH25r20Msot： n20r so nP魅11响应时间l/e(63%)25rf Ws空吒610IBS迟滞 n±1r 鬻Rii长期槎定性典型債±1HRH/yr分辨率11「 1 「88r s 1r Bit熏复性±1c精度±i n±2I t?:ft程范闱050c响应时间1/e(63%)63052） 接口说明建议连接线长度短于20M时用5K上拉电阻，大于20M时根据实际情况使 用合适的上拉电阻3） 电源引脚DHT25的供电电压为3 — 5.5V传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状 态在此期间无需发送任何指令电源引脚 每个设备都连接一个带宽的光敏二极管和在单独 CMOS集成电路上的一个红外响应的光敏二极管，这个集成电路具有提供 20bit动态范围的近-适光响应的能力两个集成的 ADCs将光敏电流换换一个数字输出，这 个数字输出表示测量每一个通道的发光这个数字输出可以是一个微处理器的 输入在这个微处理器里亮度 ＜周围光的水平)使用实验化公式来得到TSL2560设备允许SNB2) TSL256X的引脚功能TSI256x有2种封装形式：6LEAD CHIPSCALE和6LEAD TMB封装形式不同, 相应的光强度计算公式也不同图1为这两种封装形式的引脚分布图图1 TSL256X封装各引脚的功能如下：脚1和脚3:分别是电源引脚和信息地其工作电压范围是 2.7~3.5V脚2:器件访问地址选择引脚因为该引脚电平不同，该器件有 3个不同的访冋地址访冋地址和电平的对应关系如表 1所列表1器件访问地址和引脚2电平的对应关系j c锐冯rt的対锂sMIlun "r： it卄00*11 0 0Hoa0001I00脚4和脚6: l2C或SMBus总线的时钟信号线和数据线脚5:中断信号输出引脚当光强度超过用户编程配置的上或下阈值时，器件 会输出一个中断信号。 3) TSL256x的硬件设计TSL2561能够通过l2C总线访问，所以硬件接口电路很简单假如所选用 的微处理器带有 l2C总线控制器，贝U将该总线的时钟线和数据线直接和TSL2561的l2C总线的SCL和SDA分别相连；假如微控制器内部没有上拉电 阻接到总线上假如微控制器不带l2C总线控制器，则将TSL2561的l2C总线 的SCL和SDA和普通I/O 口连接即可；但编程时需要模拟l2C总线的时序来访 问TSL2561，INT引脚接微控制器的外部中断硬件连接如图所示v„3. MG8气体传感器原理本传感器采用固体电解质电池原理，由下列固体电池构成：空气，Au|NASICON||碳酸盐|Au,空气，C02当传感器置于C02气氛中时，将发生以下电极反应：负极：2+ ++2=正极：2++2-=总电极反应：+2=+2+传感器敏感电极与参考电极间的电势差 液晶显示屏被测目标B硬件几种环境监测传感器电路设计RTC时钟MSP430F149复位电路数据地址总线放大电路与甄别 成型电路仪器键盘JTAG 电设计过程中的关键问题有两个：一是多个数字探头的高压供电问题，解决 办法是采用D/A转换模块与单片机连接，通过软件控制来提供可变的低电压， 然后将此低压接入能线性放大的高压转换模块为探头供电二是多个探头的识 别与数据传输问题，解决办法是将探头编号，并在数字探头与单片机间采用 RS485串口连接，共连接四根线，分别是电源线，地线， A头，B头探头接收到传送ID指令时就将自己特有的编号传给主机，主机进行判断，看是哪种探头， 进而转到相应的软件处理程序当测完数据后采用第一片 MSP43C与第二片MSP43C单片机双机通信方式将数据送至主机图 1中虚线框内就是数字探头部分，这里的A〜N种探测器和信号处理电路并不是指同时挂接在主机上，而是指 可更换的意思其余模块包括128X 64液晶显示屏，底色为白色，显示十分清 晰外部存储器，可存储实时数据和历史数据时钟芯片，显示年、月、日、 时报警电路，当数据过大时蜂鸣报警 2X2键盘，控制仪器选项及页面变化硬件连接方式如图1所示。 四）探头与主机通信协议主机使用RS 485串口与智能探头相接，采用半双工进行通信，波特率为 9600 b/s，每帧格式为：1位起始位，8位数据位，1位停止位探头在向仪器 发送数据设为发送状态，其余时隙设为接收状态测量不同参数的探头都有一 个ID号，以便仪器能识别不同的探头。
