基于LaunchPad的土壤湿度检测装置.docx
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基于LaunchPad的土壤湿度检测装置
目录
1引言2
2总体方案设计2
2．1方案一：
AT89S52单片机。
2
2．2方案二：
采用MSP430单片机2
3分电路设计和论证3
3．1传感器部分3
3．1．1方案一：
HS1101湿度传感器3
3．1．2YL-69土壤湿度传感器。
4
3．2单片机部分5
3．2．1方案一：
At89S52单片机5
3．2．2方案二：
MSP430G2553单片机6
3．3显示部分10
3．3．1方案一：
七段数码管模块10
3．3．2方案二：
LCD1602液晶显示屏10
3．4电源部分11
4软件设计12
4．1程序流程12
4．1．1系统主程序流程图12
4．1．2各子程序流程图13
4．2程序14
4．2．1主程序14
4．2．2各子程序14
5软硬件系统的调试17
6附录21
7参考文献22
基于LaunchPad的土壤湿度检测装置
摘要：
本设计主要的内容是基于LaunchPad的土壤湿度检测装置土壤湿度检测装置的设计与制作。
该装置通过湿度传感器对土壤湿度进行采集然后将采集到的数据传递给单片机，通过计算将数据显示在显示屏上。
接收部分以LaunchPadMSP430为核心，将数据采集、液晶显示结合起来，通过适当的软、硬件调试，完成土壤湿度情况的检测。
该系统具有实用性、小型化等特点。
关键词：
LaunchPad传感器土壤湿度检测
1引言
在日常实际生产生活中，科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门对产品质量的要求越来越高，对环境温、湿度的控制以及对工业材料的水分值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。
随着科技的进步，检测仪表也向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。
在这个发展过程中，以单片机为核心控制器的温湿度检测以体积小、操作简单、性能稳定、测量精度高等诸多有点正逐步进入生产生活的各个方面。
本文介绍的湿度检测仪就是以MSP430单片机作为核心控制器设计的，它具有体积小、操作简单、性能稳定、测量精度高和抗干扰能力强等优点，可广泛应用于需要对温湿度进行测控的领域中。
先根据实际生产生活的需要提出温湿度检测仪的设计功能要求，然后由这些具体要求和现有的设计条件设计出了适合的硬件原理图，尽量采用模块化的方法将其分成几个部分，然后分模块设计程序，最使各部分结合起来协调工作，实现功能要求。
它是以单片机的在控制方面的突出优势,并综合运用现代检测技术、微控制技术、数据处理和通信技术以及LCD显示技术而设计的数字温湿度检测系统，可以实时、准确的测量环境中的温度和相对湿度，对生产生活有较好的知道意义。
本设计主要介绍了温湿度检测仪的主要性能指标及其工作原理，温湿度检测仪的硬件设计总体方案和温湿度检测仪的应用软件系统的总体设计方案；温湿度检测仪的硬件电路设计，温度检测电路、键盘LCD显示电路和湿度检测电路；基于LaunchPad单片机的湿度检测仪的软件设计，软件设计部分采用模块化设计，湿度检测模块程序设计中LCD显示。
2总体方案设计
本文以单片机为核心，选用土壤湿度传感器，完成土壤湿度情况的检测，并能将检测到的数字量实时显示。
2．1方案一：
AT89S52单片机。
单片机
AT89S52
该检测仪采用AT89S52单片机为核心，整个硬件系统分为以下几个部分：
芯片TLC549
A/D转换
AD590湿度检测
显示屏
HIII-3610湿度检测及信号放大
芯片TLC549
A/D转换
图1基于AT89S51单片机的湿度检测装置框图
湿度测量电路由ADC0809转换器和湿敏电阻组成，湿敏电阻阻值随环境相对湿度的变化而变化，从而导致其两端电压的变化变化。
由ADC0809把模拟量转换成数字量，单片经过软件处理后，获得相对电压值和湿度值。
键盘输入电路与显示电路实现人机对话的功能。
2．2方案二：
采用MSP430单片机
温湿度采集模块使用的是YL-69湿度传感器。
它使用单总线方式，接口简单，而且无需另外校准，完全能够满足日常环境温湿度的检测要求。
数据处理模块使用的是MSP430G2553单片机，其完成温湿度数据的采集、运算和逻辑控制的功能。
其余模块主要由电源、LCD构成。
其中LCD用于数据显示。
设计框图如下：
显示屏
MSP430
G2553
湿度传感器
电源
图2MSP430G2553单片机设计框图
单片机作为主控制器，主要负责处理由温湿度传感器送来数据，并把处理好的数据送向显示器模块；温湿度传感器主要用来采集周围的环境参数，并把所采集到得数据送向单片机；显示电路主要用来显示当前的温湿度。
AT89C51单片机，这款单片机在平时学习和课程设计中，都比较常用，但是51单片机内部没有A/D转换模块，需要借助ADC0809完成转换过程。
而MSP430G2553单片机，这款单片机内部集成了10位的A/D转换，并且TI公司做成了一个物美价廉的LaunghPad开发板，不仅调试简单，而且利于学生再次开发设计，十分方便。
因此，对于土壤湿度检测装置这个课题以及两种方案的对比的综合分析，我最终的决定选择方案二。
3分电路设计和论证
3．1传感器部分
测量土壤湿度的方式很多,其原理是根据某种物质从土壤中吸收水分后引起的物理或化学性质的变化,间接地获得该物质的湿度。
有电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件等。
是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。
3．1．1方案一：
HS1101湿度传感器
是HUMIREL公司生产的变容式相对湿度传感器，是基于独特工艺设计的电容元件，这种相对湿度传感器可以大批量生产。
可以应用于办公自动化、车厢内空气质量控制、家电、工业控制系统等。
在需要湿度补偿的场合也可以得到很大的应用。
测量湿度时将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变化转换成电压频率信号，可以直接被微处理器采集。
特性如下：
●宽量程：
10~95%RH，
●精度±5%RH，工作温度范围–40~80℃
●可选的10KΩ+/-3%NTC温度传感器（HTF3223）输出接点容量:
220VAC,1A
●报警设定:
0～100%RH
图3HS1101实物图
3．1．2YL-69土壤湿度传感器。
这是一个简易的水分传感器可用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，模块输出一个高电平，反之输出低电平。
使用这个传感器制作一款自动浇花装置，让您的花园里的植物不用人去管理。
而且它的灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节），工作电压一般为3.3V-5V5。
更重要的是它模块双输出模式，这使得数字量输出简单，模拟量输出更精确。
并且设有固定螺栓孔，方便安装。
小板PCB尺寸为：
3cm*1.6cm。
工作时电源指示灯为红色和数字开关量输出指示灯为绿色，它的比较器采用LM393芯片，工作非常稳定。
设计电路如图4所示：
图4YL-69电路图
图5YL-69湿度传感器引脚图
引脚说明
1VCC外接3.3V-5V
2GND外接GND
3DO小板数字量输出接口（0和1）
4AO小板模拟量输出接口
图6YL-69实物图
图7YL-69封装图
由于HS1101所构成的测湿度电路对电阻的精度要求高并电路繁琐，而YL-69电路简单，使用方便，通过综合比较，我选择了方案二。
3．2单片机部分
3．2．1方案一：
At89S52单片机
是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52。
图9AT89S52单片机最小系统
图8AT89S52单片机引脚图
VCC：
电源。
GND：
接地。
P0—P3:
口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
RST:
复位输入。
ALE/PROG：
地址锁存控制信号（ALE）在访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在Flash编程时，此引脚（PROG）也用做编程输入脉冲。
PSEN：
外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。
EA：
访问外部程序存储器控制信号。
XTAL1：
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
3．2．2方案二：
MSP430G2553单片机
MSP430是一种基于RISC的16位混合信号处理器，专为满足超低功耗（ULP）需求而精心设计。
MSP430MCU将智能外设、易用性、低成本以及业界最低功耗等优异特性完美结合在一起，能满足数以千计应用的要求，也必然能满足您需求。
MSP-EXP430G2LaunchPad是一款易于使用且价格低廉的闪存编程器和调试工具，它提供了在MSP430超值系列器件上进行开发所需的一切内容。
它提供了具有集成仿真功能的14/20引脚DIP插座目标板，可通过SpyBi-Wire（2线JTAG）协议对系统内置的MSP430超值系列器件进行快速编程和调试。
由于MSP430闪存的功耗极低，因此无需外部电源即可在数秒内擦除闪存并对其进行编程。
CPU
MSP430CPU具有一种16位RISC架构，对于应用而言是高度透明的。
所有的操作（程序流指令除外）均作为寄存器操作与用于源操作数的7种寻址模式和用于目的操作数的4中寻址模式一起执行。
CPU与16个寄存器进行了集成，可提供精简指令执行时间。
寄存器至寄存器操作执行时间为CPU时钟的一个周期。
指令集
该指令集包括具有3中格式和7种地址模式的51条指令。
每条指令均可操作字和字节数据。
振荡器和系统时钟
时钟系统由基本时钟模块提供支持，此时钟模块支持一个32768Hz手表晶体振荡器、一个内部超低功耗低频振荡器和一个内部数字控制振荡器（DCO）。
基本时钟模块专为同时满足低系统成本及低功耗要求而设计。
内部DCO提供了一个快速导通时钟源并可在不到μs的时间里实现稳定。
基本时钟模块提供了以下时钟信号：
•辅助时钟（ACLK），此时钟由一个32768Hz手表晶体或内部LF振荡器提供信号源。
•主时钟（MCLK），CPU所采用的系统时钟。
•系统子时钟（SMCLK），外设模块所采用的子系统时钟。
数字I/O
提供了多达3个8位I/O端口：
•所有单独的I/O位均可进行独立编程。
•输入、输出和中断条件的任一组合（仅限端口P1和端口P2）都是可行的。
•用于端口P1和端口P2（如果可用的话）的所有位的边沿可选中断输
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