江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院 袁淑瑛 劉中原

我國既是一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，又是一個(gè)飛速發(fā)展工業(yè)的大國，溫濕度作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)境參數(shù)，長期以來溫濕度主要是通過工作人員現(xiàn)場的測量采集，這樣既不能實(shí)時(shí)反映溫濕度的變化，以便及時(shí)對其采取相關(guān)措施，又增加了勞動(dòng)力成本。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化水平的不斷提高，溫濕度測控技術(shù)已經(jīng)發(fā)展較為成熟，高科技數(shù)字式傳感器廣泛應(yīng)用于測控系統(tǒng)。傳感器能夠任意安裝在所需檢測的地方，如保鮮庫、儲(chǔ)藏柜、冰箱、冷凍柜、計(jì)算機(jī)房、干燥箱等，由于無線溫濕度測控系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能化的特點(diǎn)，因此具有非常廣闊的市場前景。同時(shí)MSP430F169單片機(jī)具有很大的擴(kuò)展空間且易于升級(jí)，相信不久的將來就會(huì)在生產(chǎn)、生活中廣泛應(yīng)用[1]。

1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。其中，下位機(jī)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊，紅外調(diào)制模塊和紅外傳輸模塊。采用MSP430F169單片機(jī)將溫濕度傳感器監(jiān)測到的多處溫濕度數(shù)值，通過串口紅外無線技術(shù)傳輸?shù)揭粋€(gè)固定的PC機(jī)上，該P(yáng)C機(jī)可以進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)與分析，顯示溫濕度的變化曲線和當(dāng)前數(shù)值。而且，為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了安全保護(hù)系統(tǒng)，如果測量值超出設(shè)定的范圍，將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 溫濕度采集電路設(shè)計(jì)[2，3]

溫濕度采集原理圖如圖2所示，溫度采集采用溫度傳感器DS18B20，該傳感器是數(shù)字化傳感器，精度高、體積小，適合眾多領(lǐng)域的溫度檢測。而且，DS18B20具有獨(dú)特的一線接口，電源和信號(hào)混在一起，無需其它外部元件。濕度的采集則用單片機(jī)MSP430F169中的A/D進(jìn)行采樣，MSP430F169具有精度高、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，而且簡化了系統(tǒng)的外圍電路，降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本，再配合功率驅(qū)動(dòng)、電源等簡單的外部電路，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、處理和控制等功能，使溫濕度控制系統(tǒng)更加集成化。這也符合當(dāng)今電子產(chǎn)品高精度、集成化的要求。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 溫濕度采集原理圖

圖3 紅外載波原理圖

圖4 軟件設(shè)計(jì)流程圖

圖5 PC機(jī)的顯示和監(jiān)控界面

2.2 串口通信[4]

串口通信采用目前主流的串口通信接口RS232來實(shí)現(xiàn)其功能。數(shù)據(jù)的發(fā)送格式為：第一個(gè)字節(jié)表示標(biāo)志位，第二個(gè)字節(jié)表示地址位，第三、四個(gè)字節(jié)則分別表示溫濕度值。

2.3 紅外傳輸

通過單片機(jī)定時(shí)器產(chǎn)生38KHz的載波與串口輸出數(shù)據(jù)通過或非門SN74HC02調(diào)制，再接三極管進(jìn)行信號(hào)的放大（如圖3所示）。通過調(diào)試，本系統(tǒng)的最優(yōu)占空比設(shè)為1:3，可以減小功率。數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收則采用紅外無線傳輸，可以實(shí)現(xiàn)溫濕度的遠(yuǎn)程監(jiān)控，而且適當(dāng)?shù)脑龃蠹t外發(fā)射器的功率可以是其傳輸距離更大。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要通過C語言編程實(shí)現(xiàn)溫濕度值的采樣、讀取、接收、發(fā)送以及PC機(jī)上的顯示和監(jiān)控。軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

3.1 溫濕度的采集與計(jì)算

在此部分，對溫濕度進(jìn)行了多次采樣求平均值的處理，從而提高采樣的準(zhǔn)確度。

3.2 紅外的接收與發(fā)送

在讀取到溫濕度值以后，首先判斷是否有用串口中斷接收到的上一個(gè)模塊的溫濕度值，如果已接收到此信號(hào)，則同時(shí)發(fā)送上一個(gè)模塊和本次采集到的溫濕度值，反之，紅外只發(fā)送本次的讀取值。然后在PC機(jī)上以曲線形式顯示溫濕度的變化趨勢。

4.系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)用性，在實(shí)驗(yàn)場地對其進(jìn)行了現(xiàn)場測試，在實(shí)驗(yàn)過程中人為地對相應(yīng)的傳感器進(jìn)行了加熱、加濕等干擾，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，這些干擾都及時(shí)地在PC機(jī)的顯示和監(jiān)控界面（如圖5所示）中有所反映。

5.結(jié)束語

本文討論了基于MSP430F169單片機(jī)的多點(diǎn)溫濕度無線監(jiān)控系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)及在實(shí)際中的應(yīng)用，包括系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、軟硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試結(jié)果等。通過實(shí)地調(diào)試與檢測，可看出此溫濕度無線監(jiān)測系統(tǒng)效果良好，實(shí)用性強(qiáng)，而且MSP430F169單片機(jī)低功耗、高精度等優(yōu)點(diǎn)使得本系統(tǒng)在生產(chǎn)和生活中有很好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

[1]閻綱,梁昔明.基于MSP430單片機(jī)的紅外遙控器設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2006,22(102):223-225.

[2]王美紅,封百濤.多點(diǎn)無線溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械與電子,2009(3):467-468.

[3]李金龍,王黎,高曉蓉.多點(diǎn)溫濕度遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2009,6(1):31-32.

[4]謝興紅,林凡強(qiáng),吳雄英.MSP430單片機(jī)基礎(chǔ)與實(shí)踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.