基于单片机的低功耗温湿度数据采集器的研制

TaylorA

# V1 S  D/ M. ~- {: h+ R摘要:在采用中央空调系统的建筑物中,为评价其系统质量,需要对空调房间空气的温、湿度进行长时间的监测。为此,研制开发了
1 A/ x" P3 G3 z# v2 m/ g以MSP430单片机为核心的低功耗温、湿度数据采集器。介绍了该数据采集器的工作原理、硬件构成及软件设计方法。
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关键词:单片机 低功耗温、湿度数据采集
: o6 u* ?; X1 g8 h; \$ x) q
1引言
0 Q+ M9 T! @" F7 k+ H采用中央空调系统的建筑物,为评价空调系统的
) ~" q3 v/ @) H  w' ?运行质量,需要对典型空调房间的空气温、湿度进行一
/ ]' y" B# n( l% \$ G, P: G段时间的监测,为系统调试提供基础数据。为此,研制.
开发了以MSP430单片机为核心的低功耗温、湿度数
/ T# l% F0 T  `& x% q7 Q7 M据采集器。经过一个时期的现场使用,达到了预期的效
, x: o( U! t# q, R; ]果。
6 B' O, S1 @' |, r6 ^6 S% c/ k' U2硬件系统设计
3 p7 ?; D7 i, y3 y1 ^2 ^* U( _' i采集器硬件构成如图1所示。
采集器采用MSP430F1121IDW单片机为核心。
同其它微控制器相比,MSP430系列的功耗更低,采用
# k7 E6 g; c: v$ u3V电池供电,晶振为32768Hz时,额定工作电流仅为
+ }5 d* ^, a6 X3 L2 b200μA,更适合电池供电的低功耗系统。通过模拟的.
' Q) q7 W* X# [& B% l+ u7 v232接口实现与PC机的数据通讯。数据存储采用了节
, C4 S8 X5 s- Y- I( m) Z3 a省微接口的￥84941EPROM非易失性存储器。数据
9 Z( V1 E' N7 P5 M保存安全、可靠。该采集器可存储20000个测量数据。
( f0 K6 Q& O; o8 I. {# I系统采用X1203 CMOS型、低功耗实时时钟芯片,作
! o0 g$ U, T0 G$ [' t4 X: f为系统的计时时钟源。X1203设置以秒为单位提供中
- G4 m  K9 n. g& ?" k% w) o, h7 B断请求信号,单片机以此信号作为计片,作为系统的计
4 q+ \; G# J* \  `0 ?( ~6 w时时钟源。X1203设置以秒为单位提供中断请求信号，
单片机以此信号作为计时信号。时钟芯片与单片机直
接由电池供电。
+ t2 Z( v3 ~% A% m" q9 x5 O采集器具有两个测量通道，同时测量温度和湿度。
5 _8 w. t! {7 {6 I0 Y+ V2 E/ a设有工作状态指示,分别指示出正常状态、存储器数据
已满和与PC机通讯状态。
在抗干扰方面采用了软件“看门狗”、测量数据比
较滤波等措施。现场使用证明,采集器工作稳定,数据
可靠,使用方便。
2. 1
温度测量
温度测量传感器采用DS18B20数字化温度传感器。
该传感器特有的“一线总线”接口,使得单片机只通过一
条I/O口线,便可读取温度测量数据。与原有的DS1820 .
; A) s% \- w% p* [- I& Z相比,工作电压5V ,采用12位分辨率。在0~50C范围
内，精度可达士0.3C。功耗极低,等待时为零功耗。
! r# [1 j, @9 y+ k, A单片机读取温度测量数据后,对数据进行处理、存
储。完成一-次对温度采集任务。
2.2
1 U. r7 I& _  f0 ]5 G3 H/ t湿度测量
湿度测量采用HS1101A电容式湿度传感器。该
! ?$ {8 Q, E; D, ^- m2 R传感器采用固态多树脂结构,响应快速,长期饱和后可
5 S, f3 z# w2 t5 E( f) |: A迅速恢复,具有高可靠性和长期稳定性。测量电路由
& `4 `, P3 _4 R$ ]TLC556、高质量的阻容元件和电容式湿度传感器组成
2 u5 p' ]/ N' E) q& B) e, Q, _( k9 }; Z% ?脉冲振荡电路,产生与相对湿度成近似线性规律的脉
' Y# V1 O- e. Y; n1 V& u" T0 U冲序列。经整形后的方波信号送入单片机的计数器,进
行频率测量。单片机根据频率-湿度标定曲线将其转换
为相对湿度。实现了测量电路与单片机的直接数字接
) L! C, C* |' O1 L% A' E口。其测量精度完全满足对湿度测量的要求。
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采集器采用MSP430F1121IDW单片机为核心