基于MSP430F5438A单片机的环境参数监测系统设计

摘 要 温度、湿度、光强、红外辐射等参数是标定环境不可缺少的参数，对其进行准确的监测具有重要意义。本文以室内居住环境监测为背景，设计了一种基于MSP430F5438A单片机的环境监测系统，并对系统软硬件模块进行了相关设计及调试。实验结果表明：该系统测量稳定性好，稳定性佳，具有较好的市场前景。

【关键词】环境参数监测 MSP430F5438A 单片机 传感器

1 绪论

随着社会的发展，环境参数的监测已成为目前社会大众关注的焦点。而环境参数的监测需要相关专业的仪器设备，传统的测量设备体积较大，实时性差，精度低，还需花费较大的人力，己不再适应现代经济的快速发展要求。随着单片机技术、传感器技术、通信技术、计算机等技术地快速发展，环境监测技术也日新月异。各种实时性好，精度高，且适应各种苛刻环境的测量系统有望得到开发，在社会各个领域得到广泛应用。

本文以室内居住环境监测为背景，设计了一种基于MSP430F5438A单片机的环境监测系统，对系统系统软硬件进行了相关设计，对整机系统进行了调试。实验结果表明：该监测系统测试稳定性好，稳定性佳，具有较好的市场前景。

2 硬件设计

系统模块框图如图1所示。

由图可知，该系统以TI公司单片机MSP430 5438A作为主控芯片，包含电源、温湿度等传感器、液晶显示、键盘等模块。

2.1 1MSP430F5438A

本系统采用的单片机为TI 单片机msp430F5438A。TI 公司的MSP430 系列是一个特别强调超低功耗的单片机品种，另外该系列的CPU 采用16 位精简指令系统，集成有16位寄存器和常数发生器，发挥了最高的代码效率。它使用数字控制振荡器（DCO），使得从低功耗模式到唤醒模式的转换时间小于6us。在目前越来越注重功耗和效率的形式下，该系列单片机无疑是一个合适的选择。

2.2传感器模块

光强传感器选用的是BH1750FVI，这是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据采集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化。该传感器支持I2C通信，最小误差变动在±20%，受红外线影响很小。

温度传感器选用的是TMP275，是一个精度为0.5℃，两线制，串行输出温度传感器，采用SO-8的封装，检测温度-20℃至+100℃，能满足正常情况下的温度检测。

湿度传感器选用的是DHT11，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和卓越的长期稳定性。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。 可以对TMP275检测到的温度进行修正。

可燃气体传感器使用的是MQ-2，可燃气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。当传感器所处环境中存在可燃可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。从而检测对应的可燃气体。

红外传感器使用的是BISS0001，这是是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炙灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。优点是，内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，结构新颖，稳定可靠，调解范围宽，内置参考电压，工作电压范围2V～6V。

2.3液晶显示和键盘模块

本系统采用12864A-1汉字图形点阵液晶显示模块和矩阵键盘作为人机交互接口，电路图如图2所示，D0-D7接到单片机P8口。液晶RS 引脚接到单片机P3.0口，液晶RW引脚接到单片机P3.5口，液晶E引脚接到单片机P3.4口。矩阵键盘的接口与单片机的P7口相连。如图2。

2.4系统电源模块

整个数据采集系统板的主控芯片模块和数据采集子模块（包括相关传感器）均采用3.3V系统电源供电。12V的外接电源通过电容滤波、去耦后由TPS5430完成由12V到3.3V的转换。

3 系统软件设计

系统主程序如图3所示，系统上电复位后，开始运行程序。首先通过矩阵键盘预设报警值，并通过液晶显示，在用户设置完成按下确定按键以后，开始整个系统的数据采集，通过单片机将采集结果在液晶界面实时显示。

值得一提的是，在主程序框架的设计过程中，有一些事项需特别注意：首先，中断子程序中的代码数量不宜过多，过多的代码数量会使得中断子程序运行的时间变长，定时的效果变差；其次，在主程序的设计中，采用了软件开启看门狗的抗干扰措施，防止由于程序抛飞造成程序陷入无用的死循环中；最后，芯片使用时严格按照时序，以及使用的环境温度，确保其工作稳定可靠。

4 系统整机调试

图4所示为系统整机测试图，通过人机操作界面实现光强阈值设定、温度阈值设定和湿度阈值设定后，系统按照设计要求开始进行相关传感器数据采集，并将检测结果显示在12864液晶界面上。当认为的改变温湿度等各项参数时，系统能按照预定的设计方案进行实时的监测处理。

5 总结

本文设计并制作了一款基于MSP430单片机的环境参数采集监测仪。该监测仪具有环境温度、湿度、光照度、可燃气体浓度、红外辐射度等参数监测功能。对该环境数据采集监测系统软硬件进行了设计，并对监测系统进行了调试分析等。该设计方案成本低，体积小，功耗低，便于开发，使用灵活方便，测量准确性较高，具有很强的实用性。适用于工业、农业、室内外等各种场合，应用前景广阔。

参考文献

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作者单位

常州机电职业技术学院 江苏省常州市 213164