单片机的便携式气象仪的设计硬件部分
目录
1 引言 1
1.1研究现状和意义 1
1.2课题的主要内容 1
2 总体概述 2
2.1 系统结构框图 2
2.2 主要硬件选择 2
2.2.1 单片机选择方案 2
2.2.2 传感器部分选择方案 4
2.2.3 液晶显示部分选择方案 5
2.2.4存储部分选择方案 6
3 各模块功能电路 6
3.1单片机主控模块 7
3.1.1MSP430管脚介绍 7
3.1.2MSP430最小系统 7
3.2传感器模块 9
3.2.1温度传感器 9
3.2.2湿度传感器 10
3.2.3气压传感器 11
3.3显示模块 11
3.4 NRF24L01 13
4. 调试 14
4.1硬件电路调试 14
4.2 联机调试 14
结论 15
致谢 16
参考文献 17
附录 20
1 引言
1.1研究现状和意义
人类的生产、工作 学习与基本的气象数据有着密切的关系，基本的气象数据对工业发展就显得尤为重要，机械，电子，石油，化工等行业都需要对温度和湿度进行检测和控制。并且随着人们生活条件的日益改善，人们对自己的生存环境的关注度就越来越高。温度 湿度 气压等基本气象数据的变化对人类的生活质量有直接的影响，所以适时了解温度湿度与气压的变化就非常有必要了。
为了得到更准确的气象数据，很重要的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
一步是测量和收集大量的气象资源和气象数据。本设计——便携式气象仪，正是针对这一点的要求适应小区域气候监测而设计的。所以一套可以测量温湿度与气压的小型便携式气象仪器就非常的有必要了。整个系统结构具有设计便捷、成本低廉、性能良好等优点，将来将向着更加方便简易的方向发展。为了能够得到准确的气象数据就必须对测量方法与测量技术进行改进。随着计算机控制技术的发展，传统的气象仪器是精密机械的概念已经发生变化，气象仪器正在向着的智能化和便携化发展。便携式气象仪可以广泛用于局部气象数据的测量与监测，为人类的各行各业提供及时的气象信息。本系统集成了温度湿度、气压等基本气象参数的测量，测量精度已经达到基本的要求，为未来气象测量的发展提供了坚实保证，具有很强实用价值。相比于传统的测量方法这个就显得效率高了很多。在将来的发展中一定有非常广阔的空间。
20世纪50年代末，苏联与美国都有了自己的第一台气象仪。随着技术的发展到20世纪60年代第二代气象仪就随之产生虽然可以适应一定的气候条件但其无法实现数据的存储功能功能。等到了70年代的时候，气象仪慢慢向集成化与模块化方向发展，体积也变得越来越小。到后来随着技术的发展，可以将各种气象仪组成一种网络。
我国在这方面发展的就相对比较缓慢，最先得到发展的就是经济比较发达的沿海地区，直到90年代才慢慢得到发展并逐渐投入到使用中，到了2003才慢慢可以将其组成网络。
1.2课题的主要内容
以MSP430单片机作为核心元件，通过温度传感器，湿度传感器，气压传感器将外部收集到的气象数据传输到单片机进行处理，同时将采集到的这些数据通过存储模块存储起来，同时单片机可以随时调用存储模块里面的数据。利用时钟模块来区分不同时刻的数据。按下按键通过中断的方式可以在显示屏上读取气象数据。本设计的关键之处在于选择合适的传感器配合MSP430单片机的使用。由于使用时要满足一样的精度要求所以第一个需解决的问题就是尽可能的减小误差，再者就是适应各种天气条件的变化所以传感器的密封性需过关。
2 总体概述
2.1 系统结构框图
系统硬件主要组成部分为：温度传感器 湿度传感器 气压传感器 MSP430单片机，12864液晶显示屏等。
图2.1系统总体框图
2.2 主要硬件选择
2.2.1 单片机选择方案
目前市场上最常见的单片机主要有STC与430两种系列选择，对于本课题而言低功耗与便携式，速度快的特点就显得尤为重要。相比于STC单片机的高功率和5V电源，速度慢，没有硬件乘法器，需四循环指令的乘法和除法的特点。所以在这一点上选择430作为主控元件。MSP430单片机是一种超低功耗的微处理器在1996由 TI公司逐步引入市场，这种单片机上面有许多功能模块，使得MSP430单片机可以实现的功能也随之变多，相比于STC单片机在封装上也有所改进。今天，在各种领域MSP430的越来越多的使用，特别是在仪器仪表，现场监测，医疗设备和汽车电子等。
主要特点：
1.处理能力强
MSP430系列单片机其内部指令编排精简，调用非常的方便。寄存器和片内数据存储器部分可以有多个操作，查表处理指令非常的高效。为可编制出高效率的源程序提供了保证。
2.运算速度快
系统内部有多个时钟，可以产生多个不同的时钟信号。这样就为同时完成多个任务提供了保障。
3.超低功耗
MSP430单片机的使用范围很广的原因是它的超低功耗MSP430单片机，芯片的电源电压比一般较少，在使用内部时钟也非常灵活和方便。
其次，内部时钟系统设计可谓非常的先进。有两种不同的时钟系统，既可以有单个晶体振荡器完成，可以由两个晶体振荡器来完成的，每个都有其自己的特点。CPU和所需功能模块的时钟都可以有其产生。同时这些时钟可以通过指令控制其的打开与关闭，这样就对总体功耗就有了控制。系统不同的运行模式会对芯片产生不同的功耗。
4.片内资源丰富
MSP430 系列单片机的内部有许多的中断源，可以任意的嵌套非常的灵活与方便。同时430系列单片机中断唤醒只需要5μs，可以说功耗非常的低。
5.方便高效的开发环境
MSP430系列的几种典型模式是OTP，Flash和ROM，其工作方式差距较大。ROM和OTP型是通过使用模拟器烧写芯片的方式来完成的；而Flash其开发环境调试就非常的方便，主要在于其内部存在的JTAG调试接口和可电擦除存储器，程序存储以后通过软件控制的方式完成，这种方式非常方便，只是通过PC和JTAG调试器仿真器和编程而已，常见的开发语言有汇编语言和C 语言.
13.工作温度: 0℃ - +55℃ ,存储温度: -20℃ - +60℃
2.2.4存储部分选择方案
本课题选用ATMEL24C02作为数据存储的一部分，遵循二行协议，它是基于I2C串行E2PROM存储器且其界面和体积小。数据保存不易丢失，并被广泛应用于仪器仪表、工业自动化控制。ATMEL24C02的其他特点如下：
1.宽范围电压工作环境
2.低电压技术
3.储存器组织结构
4.线串行接口，完全兼容I2C总线
1 引言 1
1.1研究现状和意义 1
1.2课题的主要内容 1
2 总体概述 2
2.1 系统结构框图 2
2.2 主要硬件选择 2
2.2.1 单片机选择方案 2
2.2.2 传感器部分选择方案 4
2.2.3 液晶显示部分选择方案 5
2.2.4存储部分选择方案 6
3 各模块功能电路 6
3.1单片机主控模块 7
3.1.1MSP430管脚介绍 7
3.1.2MSP430最小系统 7
3.2传感器模块 9
3.2.1温度传感器 9
3.2.2湿度传感器 10
3.2.3气压传感器 11
3.3显示模块 11
3.4 NRF24L01 13
4. 调试 14
4.1硬件电路调试 14
4.2 联机调试 14
结论 15
致谢 16
参考文献 17
附录 20
1 引言
1.1研究现状和意义
人类的生产、工作 学习与基本的气象数据有着密切的关系，基本的气象数据对工业发展就显得尤为重要，机械，电子，石油，化工等行业都需要对温度和湿度进行检测和控制。并且随着人们生活条件的日益改善，人们对自己的生存环境的关注度就越来越高。温度 湿度 气压等基本气象数据的变化对人类的生活质量有直接的影响，所以适时了解温度湿度与气压的变化就非常有必要了。
为了得到更准确的气象数据，很重要的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
一步是测量和收集大量的气象资源和气象数据。本设计——便携式气象仪，正是针对这一点的要求适应小区域气候监测而设计的。所以一套可以测量温湿度与气压的小型便携式气象仪器就非常的有必要了。整个系统结构具有设计便捷、成本低廉、性能良好等优点，将来将向着更加方便简易的方向发展。为了能够得到准确的气象数据就必须对测量方法与测量技术进行改进。随着计算机控制技术的发展，传统的气象仪器是精密机械的概念已经发生变化，气象仪器正在向着的智能化和便携化发展。便携式气象仪可以广泛用于局部气象数据的测量与监测，为人类的各行各业提供及时的气象信息。本系统集成了温度湿度、气压等基本气象参数的测量，测量精度已经达到基本的要求，为未来气象测量的发展提供了坚实保证，具有很强实用价值。相比于传统的测量方法这个就显得效率高了很多。在将来的发展中一定有非常广阔的空间。
20世纪50年代末，苏联与美国都有了自己的第一台气象仪。随着技术的发展到20世纪60年代第二代气象仪就随之产生虽然可以适应一定的气候条件但其无法实现数据的存储功能功能。等到了70年代的时候，气象仪慢慢向集成化与模块化方向发展，体积也变得越来越小。到后来随着技术的发展，可以将各种气象仪组成一种网络。
我国在这方面发展的就相对比较缓慢，最先得到发展的就是经济比较发达的沿海地区，直到90年代才慢慢得到发展并逐渐投入到使用中，到了2003才慢慢可以将其组成网络。
1.2课题的主要内容
以MSP430单片机作为核心元件，通过温度传感器，湿度传感器，气压传感器将外部收集到的气象数据传输到单片机进行处理，同时将采集到的这些数据通过存储模块存储起来，同时单片机可以随时调用存储模块里面的数据。利用时钟模块来区分不同时刻的数据。按下按键通过中断的方式可以在显示屏上读取气象数据。本设计的关键之处在于选择合适的传感器配合MSP430单片机的使用。由于使用时要满足一样的精度要求所以第一个需解决的问题就是尽可能的减小误差，再者就是适应各种天气条件的变化所以传感器的密封性需过关。
2 总体概述
2.1 系统结构框图
系统硬件主要组成部分为：温度传感器 湿度传感器 气压传感器 MSP430单片机，12864液晶显示屏等。
图2.1系统总体框图
2.2 主要硬件选择
2.2.1 单片机选择方案
目前市场上最常见的单片机主要有STC与430两种系列选择，对于本课题而言低功耗与便携式，速度快的特点就显得尤为重要。相比于STC单片机的高功率和5V电源，速度慢，没有硬件乘法器，需四循环指令的乘法和除法的特点。所以在这一点上选择430作为主控元件。MSP430单片机是一种超低功耗的微处理器在1996由 TI公司逐步引入市场，这种单片机上面有许多功能模块，使得MSP430单片机可以实现的功能也随之变多，相比于STC单片机在封装上也有所改进。今天，在各种领域MSP430的越来越多的使用，特别是在仪器仪表，现场监测，医疗设备和汽车电子等。
主要特点：
1.处理能力强
MSP430系列单片机其内部指令编排精简，调用非常的方便。寄存器和片内数据存储器部分可以有多个操作，查表处理指令非常的高效。为可编制出高效率的源程序提供了保证。
2.运算速度快
系统内部有多个时钟，可以产生多个不同的时钟信号。这样就为同时完成多个任务提供了保障。
3.超低功耗
MSP430单片机的使用范围很广的原因是它的超低功耗MSP430单片机，芯片的电源电压比一般较少，在使用内部时钟也非常灵活和方便。
其次，内部时钟系统设计可谓非常的先进。有两种不同的时钟系统，既可以有单个晶体振荡器完成，可以由两个晶体振荡器来完成的，每个都有其自己的特点。CPU和所需功能模块的时钟都可以有其产生。同时这些时钟可以通过指令控制其的打开与关闭，这样就对总体功耗就有了控制。系统不同的运行模式会对芯片产生不同的功耗。
4.片内资源丰富
MSP430 系列单片机的内部有许多的中断源，可以任意的嵌套非常的灵活与方便。同时430系列单片机中断唤醒只需要5μs，可以说功耗非常的低。
5.方便高效的开发环境
MSP430系列的几种典型模式是OTP，Flash和ROM，其工作方式差距较大。ROM和OTP型是通过使用模拟器烧写芯片的方式来完成的；而Flash其开发环境调试就非常的方便，主要在于其内部存在的JTAG调试接口和可电擦除存储器，程序存储以后通过软件控制的方式完成，这种方式非常方便，只是通过PC和JTAG调试器仿真器和编程而已，常见的开发语言有汇编语言和C 语言.
13.工作温度: 0℃ - +55℃ ,存储温度: -20℃ - +60℃
2.2.4存储部分选择方案
本课题选用ATMEL24C02作为数据存储的一部分，遵循二行协议，它是基于I2C串行E2PROM存储器且其界面和体积小。数据保存不易丢失，并被广泛应用于仪器仪表、工业自动化控制。ATMEL24C02的其他特点如下：
1.宽范围电压工作环境
2.低电压技术
3.储存器组织结构
4.线串行接口，完全兼容I2C总线
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