1、摘 要本次設計內容為基于msp430單片機的溫濕度檢測系統。溫度和濕度是藥房、糧倉、溫室大棚等場所的重要的環境因子，本文提出了一種基于 msp430f149單片機的溫濕度檢測系統設計，該系統設計方案具有測量準確、調試方便、可實時記錄信息等特點，并可廣泛應用于條件惡劣、人員不便進入的場合。本次設計以msp430f149單片機為基礎，在分析其工作原理及相應管腳作用的基礎上，結合我國現有氣候的特點，進行溫度、濕度參數的檢測系統設計，完成了溫濕度檢測系統的方案，包括溫度檢測系統、濕度檢測系統，使檢測所得的數據量達到生產等環節過程中的精確要求。溫濕度檢測系統的控制方案共有5個主要部分；其中包括溫度檢測系

2、統、濕度檢測系統、顯示電路、電源電路。本次設計對溫濕度檢測系統組態采用美國德州儀器開發的msp430單片機，并在設計內容里詳細介紹了msp430單片機的相應優勢及工作原理。此次設計共分5章內容，主要包括溫濕度檢測系統簡介、基本硬件介紹、硬件電路設計、軟件程序設計等內容，全方位解析溫濕度檢測系統及其相應顯示的方案，根據精度對生產等環節的要求進行各種精度的確定，包括傳感器及運算電路，以實現系統最優且安全可靠。關鍵詞：msp430f149單片機；溫度檢測；濕度檢測abstractthe content of this design is the humidity and temperature mo

3、nitoring system based on msp430 single-chip microcomputer. temperature and humidity are two important environmental factors in some places like pharmacies, granaries and greenhouses. the design for the humidity and temperature monitoring system based on the msp430f149 single-chip microcomputer is pr

4、esented in this thesis. the design of the system is characterized by accuracy in mensuration, convenience in debugging and real time information-recording and also widely used in the places which are too harsh for people to enter. the design grounded on the msp430f149 single-chip microcomputer, cons

5、idering exsiting climate characteristics in our country, is planned in detecting system about parameters of humidity and temperature on the premise that has analyzing the working principle and pin function. the design has completed the schemes of humidity and temperature monitoring system, including

6、 temperature detecting system and humidity detecting system, to make sure the data size of the detection can meet the precise request in production and other links. there are five major parts in the scheme of humidity and temperature monitoring system, comprising temperature detecting system, humidi

7、ty detecting system,display circuit and power circuit. the design adopts the msp430 single-chip microcomputer configuration by texas u.s in the configuration of humidity and temperature monitoring system and the advantages and the working principle of msp430 are introduced in the design in detail.th

8、e design consists of five chapters, including introduction of temperature and humidity detection system, the basic hardware,the hardware circuit design, software programming, which analyzes the humidity and temperature monitoring system and shown schemes related. it also determines the accuracy cons

9、idering the importance of exactness in production, including the sensor and arithmetic circuit, to achieve optimization and reliableness of the system.keywords: msp430f149; temperature detection; humidity detection目 錄第1章 引言11.1課題的目的和意義11.2國內、外現狀及發展趨勢21.2.1國內現狀及發展趨勢21.2.2國外現狀及發展趨勢2第2章 溫濕度檢測系統簡介32.1 溫

10、度測量部分32.2 濕度測量部分32.3 顯示部分32.4 電源部分3第3章 基本硬件介紹43.1 msp430單片機43.1.1處理能力強43.1.2運算速度快43.1.3超低功耗43.1.4方便高效的開發環境53.1.5 msp430f149系列53.1.6 msp430f149各管腳53.2 ds18b20溫度傳感器83.2.1 4個主要的數據部件93.2.2 技術性能描述113.2.3應用范圍123.2.4 ds18b20工作原理123.2.5 ds18b20引腳定義133.3 hm1500濕度傳感器133.3.1 hm1500內部結構133.3.2 額定參數133.3.3 特性133

11、.3.4 環境適應性143.3.5 hm1500濕度測量143.3.6 hm1500模擬線性電壓輸出14第4章 硬件電路的設計164.1 基礎電路設計電路設計164.2 重要模塊電路的設計164.2.1 溫度檢測電路的設計164.2.2 濕度測量電路的設計184.2.3 電源轉換電路的設計194.2.4 顯示電路的設計20第5章 軟件程序設計235.1 軟件開發環境iar for msp430235.2 程序設計整體方案235.3 溫度測量程序255.3.1 ds18b20溫度傳感器的驅動255.3.2 溫度的測量與顯示程序255.4 濕度測量程序25第6章 結論27參 考 文 獻28致 謝2

12、9附 錄30附 圖46第1章 引言1.1課題的目的和意義這次畢業設計選題的目的主要是讓生活在信息時代的我們，將所學知識應用于生產生活當中，掌握溫、濕度測量系統設計的流程，方案的論證，選擇，實施與完善。通過對溫、濕度測量系統的設計、制作、了解信息采集測試、控制的全過程，提高在電子工程設計和實際操作方面的綜合能力，初步培養在完成項目過程中所應具備的基本素質和要求。培養研發能力，通過對電子電路的設計，初步掌握在給定條件和要求的情況下，如何巧妙合理地去設計系統中的各部分電路，并將它們有序的連接起來。提高查閱資料、語言表達能力和理論聯系實際的技能。溫、濕度是工業對象中主要的被控參數之一，當今社會溫、濕度

13、的測量與測量系統在生產與生活的各個領域中扮演著越來越重要的角色，大到工業冶金、環境檢測、紡織廠、冷凍庫、糧倉、醫療衛生等方面，小到浴霸、家庭冰箱、空調、電飯煲等方面都得到了廣泛的應用。例如冶金、機械、食品、化工各類工業中，廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等，對工件的處理溫、濕度都要求嚴格控制，而單片機溫、濕度測量系統使溫、濕度測量指標得到了大幅度提高。其使用量日益增多，其地位和作用也倍顯重要。溫、濕度測量系統的廣泛應用使得這方面的研究意義頗為必要。溫、濕度測量系統的結構組成，測量原理使用維護等方面的基礎內容已成為電子工程技術人員急需了解掌握的必要知識。msp430系列單片機是美國德州儀器

14、公司推出的16位超低功耗、高性能產品，它具有處理能力強、運行速度快、資源豐富、開發方便等優點，有很高的性價比，在世界各國已得到廣泛的應用，在國內，也已經進人飛速發展階段，msp430系列超低功耗16位單片機，越來越受到電子工程師親睞，并得到廣泛應用。msp430微控制器single-chip microcomputer(micro controller unit）是ti公司推出的一款具有豐富片上外圍的超低功耗16位flash型混合信號處理器，本系統使用的msp430f149有一個串口通信接口，一個帶有大量捕獲p比較寄存器的16位定時器看門狗，一個模擬電壓比較器。工業儀器大多數工作在野外的環境中

15、，供電方式比較麻煩，所以使儀器的功耗盡可能低是非常必要的。該系統與傳統的溫濕度測量器相比，選擇了msp430微控制器，它充分運用各種低功耗設計手段，使芯片的電流極小，在超低功耗時可達0.1ma。整個系統在平時處于低功耗狀態，每隔5min自動從低功耗下喚醒，進行溫、濕度和濕度測量，并通過溫、濕度和濕度的對應關系，來確定是否啟動加熱器和加濕器。其中，溫、濕度測量使用單線數字溫、濕度傳感器ds18b20，其體積小、構成的系統簡單、精度高，濕度測量使用濕敏電阻chr一01，其成本低廉。所以整個系統與傳統的溫濕度測量器相比，具有功耗低、性價比高、電路簡單、易于實現等特點。1.2國內、外現狀及發展趨勢1.

16、2.1國內現狀及發展趨勢我國現代溫室技術起步較晚，70年代以來，政府大力發展以塑料大棚、節能日光溫室為主的設施農業，促進了農村經濟的發展和緩和了蔬菜季節性短缺矛盾。與此同時，從1979年至1994年，從歐美、日本等國家引進了一系列現代化溫室進行實驗研究。引進的溫室與我國傳統溫室比較，其空間大，便于進行機械作業，生產率與資源利用率比較高，為我國溫室的發展提供了借鑒作用。但這些溫室也存在著許多不足之處，主要表現在：價格昂貴，國內農業生產目前難以接受。缺乏與我國氣候特點相適應的溫室測控軟件。目前我國引進溫室的測控系統大多投資大、運行費用過高，并且測控系統中所側重考慮的環境參數與我國的氣候特點存在矛盾

17、。測量方式比較簡單，軟件實現模式固定，不能進行功能擴展。我國自行開發的溫室測控系統其技術水平和調控能力與發達國家還有一定的差距。而我國綜合環境測控技術的研究剛剛起步，目前仍然停留在研究單個或少量環境因子調控技術的階段，而實際上，溫室內的光照度、溫度、濕度等環境因素，都是在相互影響、相互制約的狀態中對作物的生長產生影響，環境要素的空間變化、時間變化都很復雜。因此，我們應該根據我國的國情研制出適合我國農業的發展的儀器儀表，并在農業設施中廣泛推廣。1.2.2國外現狀及發展趨勢1949年，借助于工程技術的發展，美國建成了第一個植物人工氣候室，開展了植物對自然環境的適應性和抗御能力的應用研究。20世紀6

18、0年代，生產型的高級溫室開始應用于農業生產，奧地利首先建成了番茄生產工廠，70年代后荷蘭、日本、美國、英國、以色列等國家的溫室園藝迅猛發展，溫室設施廣泛應用于園藝作物生產、畜牧業和水產養殖業。隨著計算機技術的進步和智能測量理論的發展，近百年來，溫室大棚作為設施農業的重要組成部分，其自動測量和管理技術不斷得以提高，在世界各地都得到了長足的發展。特別是二十世紀70年代電子技術的迅猛發展和微型計算機的出現，更使溫室大棚環境測量技術產生了革命性的變化。80年代，隨著微型計算機日新月異的進步和價格大幅度下降，以及對溫室測量要求的提高，以微機為核心的溫室綜合環境測量系統，在歐美得到了長足的發展，并邁入了網

19、絡化，智能化階段。第2章 溫濕度檢測系統簡介2.1 溫度測量部分溫度檢測是整個系統的一個重要的組成部分。它采用了ds18b20溫度傳感器進行對溫度的測量。當ds18b20處于寫存儲器操作和溫度a/d變換操作時，總線上必須有強的上拉，上拉開啟時間最大為10。采用3.6v電源供電，dq端接msp430f149的p2.5口，并且在dq端和vdd端加4.7k的上拉電阻，gnd端接地。其主要目的就是對當前環境中的溫度數據進行測量，并進行相應的信號轉換。2.2 濕度測量部分測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據某種物質從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學性質的變化，間接地獲得該物質的吸水量及周圍空氣的濕

20、度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據其高分子材料吸濕后的介電常數、電阻率和體積隨之發生變化而進行濕度測量的。采用hm1500濕度傳感器。具有尺寸小、浸水無影響、互換性好、可靠性高、漂移小、在5vdc供電時、0100%rh典型輸出、標定2%rh55%rh、極低的溫度依賴性、比例輸出于電源電壓、適合37v供電的主要特點。并且具有在長時間處于飽和狀態后快速脫濕、專利固態聚合物結構、對化學品的高抵抗性、響應時間短的濕度傳感器的特點。2.3 顯示部分采用led數碼管。系統采用動態顯示方式驅動8個數碼管工作,其中4個數碼管用來顯示溫度值,4個用來顯示檢測到的濕度值。用snj54hc373的輸入端來

21、選擇位碼,單片機的p1口控制數碼管的斷碼。如果檢測到的溫度與濕度發生變化時，數碼管即會發生相應的變化，起到實時顯示功能。led數碼管亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩定，從而得到了廣泛的應用，但相對制作復雜成本高。2.4 電源部分電壓轉換中，使用lm7805將220v電壓轉換為5v電壓。電壓轉換中，使用ams1117將5v電壓轉換為3.3v電壓提供整體電路中的使用電源。并且在5v3.3v轉換電路中，采用了電池供電的方式。在不能連接到外接220v電源的情況下或外接220v電源突然停電的情況下，可以使用電池對單片機進行供電，可以防止電路突然中斷。第3章 基本硬件介紹3.1

22、msp430單片機msp430系列單片機是美國德州儀器（ti）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（risc）的混合信號處理器（mixed signal processor）。稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機”解決方案。該系列單片機多應用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。3.1.1處理能力強msp430系列單片機是一個16位的單片機，采用了精簡指令集（risc）結構，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數尋址、4 種目的操作數尋址）、簡潔的 27 條內核指令以及大量的模擬指令；大量

23、的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。3.1.2運算速度快msp430 系列單片機能在25mhz晶體的驅動下，實現40ns的指令周期。16位的數據寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實現乘加運算）相配合，能實現數字信號處理的某些算法（如fft等）。3.1.3超低功耗msp430 單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓和靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。首先，msp430 系列單片機的電源電壓采用的是1.8-3.6v 電壓。因而可使其在1mhz 的時鐘條件下運行時，芯片的電流最低會在165a左

24、右，ram保持模式下的最低功耗只有0.1a。其次，獨特的時鐘系統設計。在 msp430 系列中有兩個不同的時鐘系統：基本時鐘系統、鎖頻環（fll 和fll+）時鐘系統和dco數字振蕩器時鐘系統。可以只使用一個晶體振蕩器（32.768khz）dt-26 or dt-384，也可以使用兩個晶體振蕩器。由系統時鐘系統產生 cpu 和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關閉，從而實現對總體功耗的控制。由于系統運行時開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統中共有一種活動模式（am）和五種低功耗模式（lpm0lpm4）。在實時時鐘模式下，可達2.5a，

25、在ram 保持模式下，最低可達0.1a 。3.1.4方便高效的開發環境msp430 系列有otp 型、flash型和rom型三種類型的器件，這些器件的開發手段不同。對于otp型和rom型的器件是使用仿真器開發成功之后燒寫或掩膜芯片；對于flash型則有十分方便的開發調試環境，因為器件片內有jtag調試接口，還有可電擦寫的flash存儲器，因此采用先下載程序到flash內，再在器件內通過軟件控制程序的運行，由jtag接口讀取片內信息供設計者調試使用的方法進行開發。這種方式只需要一臺pc機和一個jtag調試器，而不需要仿真器和編程器。開發語言有匯編語言和c 語言。3.1.5 msp430f149系

26、列基于閃存或rom的超低功耗mcu，提供8mips，工作電壓為1.8v - 3.6v，具有高達60kb的閃存和各種高性能模擬及智能數字外設。超低功耗低至：0.1aram保持模式0.7a實時時鐘模式200a/mips工作模式在6s之內快速從待機模式喚醒。器件參數：閃存選項：1kb60kbrom選項：1kb16kbram選項：512b10kb gpio選項：14、22、48引腳adc選項：10和12位斜率sar其它集成外設：模擬比較器、dma、硬件乘法器、svs、12位dac。3.1.6 msp430f149各管腳msp430單片機管腳編號及作用描述表3-1 msp430單片機各管腳編號及作用描述

27、編號引腳名稱i/o描述1dvcc 數字電源電壓，正端。供應所有數字部分。2p6.3/a3 i / o通用數字i / o引腳/模擬輸入a3的 - 12位adc 3p6.4/a4 i / o通用數字i / o引腳/模擬輸入a4的 - 12位adc4p6.5/a5 i / o通用數字i / o引腳/模擬輸入a5的 - 12位adc5p6.6/a6 i / o通用數字i / o引腳/模擬輸入a6的 - 12位adc 6p6.7/a7 i / o通用數字i / o引腳/模擬輸入a7 - 12位adc 7vref+ o adc輸內參考電壓正端輸出8xin i 晶體振蕩器xt1的輸入端口。可以連接標準晶體或

28、手表晶體9xout/tclk i/o晶體振蕩器xt1的輸出端或測試時鐘輸入10veref+ i/p adc外部參考電壓輸入11vref-/veref- o 內部adc參考電壓和外部施加的adc參考電壓負端12p1.0/taclk i / o通用數字i / o引腳/ timer_a，時鐘輸入信號taclk 輸入13p1.1/ta0 i / o通用數字i / o引腳/ timer_a，捕捉：cci0a輸入，比較：out0的輸出/ bsl傳輸 14p1.2/ta1 i / o通用數字i / o引腳/ timer_a，捕捉：cci1a輸入，比較：輸出1輸出 15p1.3/ta2 i / o通用數字i

29、/ o引腳/，timer_a捕捉：cci2a輸入，比較：out2的輸出 16p1.4/smclk i / o通用數字i / o引腳/ smclk信號輸出17p1.5/ta0 i / o通用數字i / o引腳/ timer_a，比較：out0的輸出18p1.6/ta1 i / o通用數字i / o引腳/ timer_a，比較：輸出1輸出19p1.7/ta2 i / o通用數字i / o引腳/ timer_a，比較：out2的輸出20p2.0/aclk i / o通用數字i / o引腳/ aclk輸出 21p2.1/tainclk i / o通用數字i / o引腳/ timer_a，時鐘信號inc

30、lk22p2.2/caout/ta0 i / o通用數字i / o引腳/ timer_a，捕捉：cci0b輸入/比較器輸出/ bsl接收 23p2.3/ca0/ta1 i / o通用數字i / o引腳/ timer_a，比較：輸出1輸出/比較器輸入 24p2.4/ca1/ta2 i / o通用數字i / o引腳/ timer_a，比較：out2的輸出/比較器輸入 25p2.5/rosc i / o通用數字i / o引腳/定義dco標稱頻率的外部電阻輸入 26p2.6/adc12clk i / o通用數字i / o引腳/轉換時鐘 - 12位adc27p2.7/ta0 i / o通用數字i / o

31、引腳/ timer_a，比較：out0的輸出 28p3.0/ste0 i / o通用數字i / o引腳/從發送使能 -usart0/spi模式 29p3.1/simo0 i / o通用數字i / o引腳/usart0/spi方式的從輸入/主輸出。30p3.2/somi0 i / o通用數字i / o引腳/usart0/spi 方式的從輸出/主輸入。31p3.3/uclk0 i / o通用數字i/o/usart0時鐘：外部輸入 - uart或spi模式下，輸出 - spi模式 32p3.4/utxd0 i / o通用數字i / o引腳/發送數據輸出 - usart0/uart模式 33p3.5/

32、urxd0 i / o通用數字i / o引腳/接收數據 - usart0/uart模式 34p3.6/utxd1+ i / o通用數字i / o引腳/發送數據輸出 - usart1/uart模式35p3.7/urxd1+i / o通用數字i / o引腳/接收數據 - usart1/uart模式 36p4.0/tb0i / o通用數字i / o引腳/ timer_b，捕捉：cci0a或cci0b輸入，比較：out0的輸出 37p4.1/tb1 i / o通用數字i / o引腳/ timer_b，捕捉：cci1a或cci1b輸入，比較：out1輸出 38p4.2/tb2 i / o通用數字i /

33、o引腳/ timer_b，捕捉：cci2a或cci2b輸入，比較：out2的輸出 39p4.3/tb3+ i / o通用數字i / o引腳/ timer_b，捕捉：cci3a或cci3b輸入，比較：out3輸出 40p4.4/tb4+ i / o通用數字i / o引腳/ timer_b，捕捉：cci4a或cci4b輸入，比較：out4輸出 41p4.5/tb5+ i / o通用數字i / o引腳/ timer_b，捕捉：cci5a或cci5b輸入，比較：out5輸出 42p4.6/tb6+ i / o通用數字i / o引腳/ timer_b，捕捉：cci6a或cci6b輸入，比較：out6輸出

34、 43p4.7/tbclk i / o通用數字i / o引腳/ timer_b，時鐘輸入信號tbclk44p5.0/ste1+ i / o通用數字i / o引腳/從發送使能 - usart1/spi模式45p5.1/simo1+ i / o通用數字i / o引腳/從入主出usart1/spi模式46p5.2/somi1+i / o通用數字usart1/spi 方式的從輸出/主輸入47p5.3/uclk1+ i / o通用數字i / o 外部時鐘輸入usart1/uart或spi方式，時鐘輸出usart1/spi方式48p5.4/mclk i / o通用數字i / o引腳/主系統時鐘mclk輸出

35、49p5.5/smclki / o通用數字i / o引腳/次主系統時鐘smclk輸出50p5.6/aclk i / o通用數字i / o引腳/輔助時鐘aclk輸出 51p5.7/tbouthi / o通用數字i / o引腳/切換所有pwm數字輸出端口到高阻抗 - timer_b7tb0到 tb652xt2out o 晶體振蕩器xt2o輸出端子53xt2in i晶體振蕩器xt2的輸入端口。只能連接標準晶體54tdo / tdi i / o測試數據輸出端口。tdo / tdi的數據輸出或編程數據輸入端子 55tdi / tclk i 測試數據輸入或測試時鐘輸入。該設備保護用保險絲連接到的tdi /

36、 tclk的。 56tms i 選擇測試模式。tms用作一個器件的編程和測試輸入端口。57tck i 測試時鐘tck是用于器件編程測試和引導裝載程序啟動（flash器件）時鐘輸入端口58rst / nmi i 復位輸入，不可屏蔽中斷輸入端口，或者引導裝載程序啟動（在flash設備）。 59p6.0/a0 i / o通用數字i / o引腳/模擬輸入a0的 - 12位adc60p6.1/a1 i / o通用數字i / o引腳/模擬輸入格a1 - 12位adc 61p6.2/a2 i / o通用數字i / o引腳/模擬輸入a2的 - 12位adc62avss 模擬電源電壓，負極。提供模擬部分模擬數字

37、的變換器。63dvss 數字電源電壓，負極。供應所有數字部分。64avcc 模擬電源電壓，正端。提供模擬部分模擬數字的變換器3.2 ds18b20溫度傳感器ds18b20數字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有ltm8877，ltm8874等等。主要根據應用場合的不同而改變其外觀。封裝后的ds18b20可用于電纜溝測溫，高爐水循環測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。3.2.1 4個主要的數據部件

38、（1）光刻rom中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該ds18b20的地址序列碼。64位光刻rom的排列是：開始8位（28h）是產品類型標號，接著的48位是該ds18b20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環冗余校驗碼（crc=x8+x5+x4+1）。光刻rom的作用是使每一個ds18b20都各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個ds18b20的目的。ds18b20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以0.0625/lsb形式表達，其中s為符號位。表3-2 ds18b20溫度值格式bit 7bit 6bit 5bit

39、 4bit 3bit 2bit 1bit 0ls byte232221202-12-22-32-4bit 15bit 14bit 13bit 12bit 11bit 10bit 9bit 8ms bytesssss262524這是12位轉化后得到的12位數據，存儲在18b20的兩個8比特的ram中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0，這5位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125的數字輸出為07d0h，+25.0625的數字輸出為0191h，-25.0625的數字輸出

40、為ff6fh，-55的數字輸出為fc90h。（3）ds18b20溫度傳感器的存儲器ds18b20溫度傳感器的內部存儲器包括一個高速暫存ram和一個非易失性的可電擦除的eepram,后者存放高溫度和低溫度觸發器th、tl和結構寄存器。（4）配置寄存器該字節各位的意義如下：表3-3 配置寄存器tmr1r011111低五位一直都是1，tm是測試模式位，用于設置ds18b20在工作模式還是在測試模式。在ds18b20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。r1和r0用來設置分辨率，如下表所示：（ds18b20出廠時被設置為12位）表3-4 溫度分辨率設置表r1r0分辨率溫度最大轉換時間009位93.75

41、ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms（5）高速暫存存儲器高速暫存存儲器由9個字節組成，其分配如表5所示。當溫度轉換命令發布后，經轉換所得的溫度值以二字節補碼形式存放在高速暫存存儲器的第0和第1個字節。單片機可通過單線接口讀到該數據，讀取時低位在前，高位在后，數據格式如圖2.9所示。對應的溫度計算：當符號位s=0時，直接將二進制位轉換為十進制；當s=1時，先將補碼變為原碼，再計算十進制值。圖2.10是對應的一部分溫度值。表3-5 ds18b20暫存存儲器分布寄存器內容字節地址溫度值低位（ls byte）0溫度值高薇（ms byte）1高溫限值（th）2低溫限制（t

42、l）3配置寄存器4保留5保留6保留7crc校驗值8根據ds18b20的通訊協議，主機（單片機）控制ds18b20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對ds18b20進行復位操作，復位成功后發送一條rom指令，最后發送ram指令，這樣才能對ds18b20進行預定的操作。復位要求主cpu將數據線下拉500微秒，然后釋放，當ds18b20收到信號后等待1660微秒左右，后發出60240微秒的存在低脈沖，主cpu收到此信號表示復位成功。rom、ram指令如下表所示：表3-6 rom、ram指令表指令約定代碼功能讀rom33h讀ds18b20溫度傳感器rom中的編碼（即64位地址）符合rom

43、55h發出此命令之后，接著發出64位rom編碼，訪問單總線上與該編碼相對應的ds18b20使之作出響應，為下一步對該ds18b20的讀寫作準備。搜索rom0f0h用于確定掛接在同一總線上ds18b20的個數和識別64位rom地址，為操作各器件作好準備。跳過rom0cch忽略64位rom地址，直接向ds18b20發溫度變換命令適用于單片機工作告警搜索命令0ech執行后只有溫度超過設定值上限或下限的片子才做出相應。指令約定代碼功能溫度變換44h啟動ds18b20進行溫度轉換，12位轉換時最長為750ms（9位為93.75ms）。結果存入內部9字節ram中復制暫存器48h將ram中第3、4字節的內容

44、復制到eeprom中讀暫存器0beh讀內部ram中9字節的內容寫暫存器4eh發出向內部ram的3、4字節寫上、下限溫度數據命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節的數據重調eeprom0b8h將eeprom中內容恢復到ram中的第3、4字節讀供電方式0b4h讀ds18b20的供電模式。寄生供電時ds18b20發送“0”，外接電源供電ds18b20發送“1”。3.2.2 技術性能描述（1）、 獨特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與ds18b20的雙向通訊。（2）、測溫范圍55+125，固有測溫誤差（注意，不是分辨率，這里之前是錯誤的）0.5。（3）、支持多

45、點組網功能，多個ds18b20可以并聯在唯一的三線上，最多只能并聯8個，實現多點測溫，如果數量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸的不穩定。（4）、工作電源: 35v/dc （可以數據線寄生電源）（5）、在使用中不需要任何外圍元件。（6）、 測量結果以912位數字量方式串行傳送。（7）、不銹鋼保護管直徑 6。（8）、適用于dn1525, dn40dn250各種介質工業管道和狹小空間設備測溫。（9）、 標準安裝螺紋 m10x1, m12x1.5, g1/2”任選。（10）、pvc電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設備連接。3.2.3應用范圍（1）該產品適用于冷凍庫，糧倉，儲

46、罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領域。（2）軸瓦，缸體，紡機，空調，等狹小空間工業設備測溫和控制。（3）汽車空調、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。（4）供熱/制冷管道熱量計量，中央空調分戶熱能計量和工業領域測溫和控制。3.2.4 ds18b20工作原理ds18b20測溫原理如圖3-1所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在55所對應的一個基數值。計數器1對 低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，

47、溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重 新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即 為所測溫度。圖3-1中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。斜率累加器預置比較計數器1低溫度系數晶振預置溫度寄存器=0高溫度系數晶振計數器2=0圖3-1 ds18b20濕度傳感器工作原理圖3.2.5 ds18b20引腳定義（1）dq為數字信號輸入/輸出端；（2）gnd為電源地；（3）vdd為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。3.3 hm1500濕度傳感器

48、濕度傳感器選擇集成濕度傳感器hm1500,它是利用濕敏電容hs1101 設計制造,具有線性電壓輸出。其濕度測量范圍為5%99%(相對濕度);相對濕度精度為3%;工作溫度為-30+60;工作濕度范圍0100%(相對濕度);供電電壓為5v(最大電壓dc16v);可輸出dc電壓為14 v;響應時間為5,適用于工業級場合。3.3.1 hm1500內部結構圖3-2 hm1500內部結構3.3.2 額定參數表3-7 hm1500濕度傳感器額定參數參數符號參數值單位存儲溫度tstg-3070供電電壓（峰值）vs7vdc濕度工作范圍rh0100%rh溫度工作范圍ta-30603.3.3 特性ta=23，vs=

49、5vdc，rl1m表3-8 hm1500特性3.3.4 環境適應性hm1500已通過humiral的震動、沖擊、存儲、高溫高濕、靜電等品質測試。此外，經過嚴格的惡劣化學測試，證明hm1500可以在一下環境中穩定工作：so2（0.5%）、h2s（0.5%）、o2、no2、no、co、co2、軟化劑、肥皂。甲苯、酸（h2so4，hno3，hcl）、殺蟲劑、香煙等等。3.3.5 hm1500濕度測量典型hm1500相對濕度測量曲線圖3-3 hm1500輸出電壓與相對濕度曲線3.3.6 hm1500模擬線性電壓輸出模擬線性電壓輸出及輸出值多項式擬合參考圖3-4 hm1500模擬線性電壓輸出及輸出值多項

50、式擬合參考第4章 硬件電路的設計4.1 基礎電路設計電路設計本系統的總體設計方案如圖4-1所示。本設計方案包括溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、顯示模塊。在溫濕度檢測模塊中,溫度傳感器ds18b20采集得到的電流信號和濕度傳感器hm1500采集到的電壓信號轉換為給定范圍內的電壓信號。然后由單片機msp430f149的ad采樣端口將該電壓信號讀入,單片機把數據處理之后通過顯示器顯示出來測量值。顯示模塊濕度傳感器信號調理電路存儲器溫度傳感器msp430f149圖4-1系統總體結構框圖4.2 重要模塊電路的設計4.2.1 溫度檢測電路的設計ds18b20測溫系統具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用

51、口線少等優點。下面就是ds18b20幾個不同應用方式下的測溫電路圖：（1）ds18b20寄生電源供電方式電路圖如下面圖6所示，在寄生電源供電方式下，ds18b20從單線信號線上汲取能量：在信號線dq處于高電平期間把能量儲存在內部電容里，在信號線處于低電平期間消耗電容上的電能工作，直到高電平到來再給寄生電源（電容）充電。獨特的寄生電源方式有三個好處：1）進行遠距離測溫時，無需本地電源。2）可以在沒有常規電源的條件下讀取rom。3）電路更加簡潔，僅用一根i/o口實現測溫。要想使ds18b20進行精確的溫度轉換，i/o線必須保證在溫度轉換期間提供足夠的能量，由于每個ds18b20在溫度轉換期間工作電

52、流達到1ma，當幾個溫度傳感器掛在同一根i/o線上進行多點測溫時，只靠4.7k上拉電阻就無法提供足夠的能量，會造成無法轉換溫度或溫度誤差極大。因此，圖6電路只適應于單一溫度傳感器測溫情況下使用，不適宜采用電池供電系統中。并且工作電源vcc必須保證在5v，當電源電壓下降時，寄生電源能夠汲取的能量也降低，會使溫度誤差變大。在制作中曾經就此電路做過實驗，在實驗中，降低電源電壓vcc，當低于4.5v時，測出的溫度值比實際的溫度高，誤差較大。當電源電壓降為4v時，溫度誤差有3之多，這就應該是因為寄生電源汲取能量不夠造成的吧，因此，在開發實際測溫系統時不使用此電路。（2）ds18b20寄生電源強上拉供電方

53、式電路圖改進的寄生電源供電方式如下面圖10所示，為了使ds18b20在動態轉換周期中獲得足夠的電流供應，當進行溫度轉換或拷貝到e2存儲器操作時，用mosfet把i/o線直接拉到vcc就可提供足夠的電流，在發出任何涉及到拷貝到e2存儲器或啟動溫度轉換的指令后，必須在最多10s內把i/o線轉換到強上拉狀態。在強上拉方式下可以解決電流供應不走的問題，因此也適合于多點測溫應用，缺點就是要多占用一根i/o口線進行強上拉切換。（3）ds18b20的外部電源供電方式 在外部電源供電方式下，ds18b20工作電源由vdd引腳接入，此時i/o線不需要強上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉換精度，同時在總線

54、上理論可以掛接任意多個ds18b20傳感器，組成多點測溫系統。注意：在外部供電的方式下，ds18b20的gnd引腳不能懸空，否則不能轉換溫度，讀取的溫度總是85。外部電源供電方式是ds18b20最佳的工作方式，工作穩定可靠，抗干擾能力強，而且電路也比較簡單，可以開發出穩定可靠的多點溫度監控系統。因此，在實際的設計開發中,我們使用外部電源供電方式。在外接電源方式下，可以充分發揮ds18b20寬電源電壓范圍的優點，即使電源電壓vcc降到3v時，依然能夠保證溫度量精度。溫度測量電路模塊如圖4-2所示。dsl8820工作電壓為35v，測量溫度范圍為-55+125，用戶設置的報警溫度存儲在芯片內部eeprom中，可掉電保持。它具有3引腳，當采用外部電源供電時，gnd腳接地，vcc腳接電源，dq腳作為信號端接單片機i/o口，電源腳和dq腳間還需要外接一個約1k的上拉電阻，保證總線閑置時其狀態為高電平。dsl8b20可以將所采集到的溫度轉換為數字信號，然后通過dq傳送至單片機，單片機從而啟動程序存儲器中的測量程序，驅動數碼管顯示溫度值。圖4-2 溫度檢測電路4.2.2 濕度測量電路的設計由于濕度為緩變信號，可利用msp430單片機的省