基于MSP430G2553的大棚智能監控系統設計

郭玉芬

摘 要：溫室大棚廣泛在林業種苗和農業作物培育中，該文提出應用TI超低功耗MSP430單片機作為系統控制核心，應用單總線技術設計應用于溫室大棚智能溫度濕度監控系統，并給出設計方案。

關鍵詞：MSP430 單總線 智能監控系統

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（a）-0113-02

隨著現代農業和林業的快速發展，溫室大棚技術越來越普及，被廣泛用于樹苗培育和農作物種植當中。溫室大棚能克服環境對生物生長的限制，使季節對農作物的生長不再產生過度影響，在于尋求適合作物生長的溫度和濕度。現代電子技術的發展使大棚生產日常管理智能化成為可能，從而取代人工從事溫度和濕度等指標的監控，本文提出應用TI超低功耗MSP430單片機作為系統控制核心，應用單總線（1-wire）技術研制智能溫度濕度監控系統。

1 智能監控系統設計方案

智能監控系統由控制核心、溫濕度傳感器、模擬量輸入通道、A/D轉換、液晶顯示和報警電路構成。以應用大棚培育越冬龍柏樹苗為例，龍柏樹苗喜溫暖不耐嚴寒，生長對溫度要求嚴格，最適宜生長溫度為20～28 ℃，白天應適當加大棚室通風量，使棚內溫度保持在25 ℃，夜間溫度保持在10～20 ℃之間。這就要求監控系統具有兩種或多種工作模式，由時鐘電路來區分工作模式，溫度檢測范圍為0～50 ℃，測量精度為0.5 ℃，擬定8點至17點為日間模式，棚內溫度在20～28 ℃，超出范圍提醒工人進行通風或覆蓋；同樣擬定19點至次日6點為夜間模式，棚內溫度控制在10～20 ℃。圖1為監控系統結構框圖。

選擇TI的超低功耗MSP430G2553單片機作為系統的控制核心，MSP430G2553是超低功耗混合信號微控制器，具有內置的16位定時器、多達24個支持觸摸感測的I/O引腳、一個通用型模擬比較器以及采用通用串行通信接口的內置通信能力。此外，還具有一個10位模數（A/D）轉換器。這些功能能夠保障系統的定時、數據處理和A/D轉換等功能[1]。本設計采用TI的MSP430 Launch Pad 開放工具進行設計，該工具集成有XDS100v2 USB仿真器使用起來非常方便。

選用DS18B20數字溫度傳感器作為系統溫度傳感器，芯片性能特點為寬電壓，可以工作在3.0～5.5 v，這樣就可以省略調整工作電壓的麻煩；測溫范圍-55～125 ℃，在-10～85 ℃時精度為±0.5 ℃；可編程的分辨率為9～12位，可以實現高精度測溫，在9位分辨率時轉換速度為93.75 ms，而12位時轉換速度為750 ms；獨特的單總線接口方式，DS18B20與單片機通信時僅需要一條線即可實現與單片機的雙向通訊，而且支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯，實現組網多點測溫，在大棚中需要測量溫度的位置是多個以免造成局部溫度過高或過低。

濕度傳感器選用HM1500LF，這是一款低價位的線性電壓輸出濕度傳感器，測濕原理是利用濕敏電容的電容量與相對濕度的函數關系即可測量濕度。搭配一片符合單總線協議的可組網的集成A/D芯片DS2450，一片DS2450可以連接4個濕度傳感器。

其他電路包括LCD段式液晶，由于整個設計系統盡量考慮低功耗這一特點，所以選用單色LCD段式液晶作為監控顯示屏幕；還有揚聲器和鍵盤輸入等硬件電路。

2 單總線數據傳輸

單總線（1-wire）即只用一根信號線，既供電又傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的是DALLAS公司設計的一種通信技術，具有與計算機進行數字通信、總線負載量大、布線簡單、精度高、性能穩定、價格便宜等多方面優點，在各種測控系統中得到了廣泛的應用[2-3]。

設計中采用的溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HM1500LF都是采用一根總線讀寫數據所以對讀寫數據位有嚴格的時序要求。首先應該遵守相應的通信協議從而保證數據傳輸的正確性和完整性。該通信協議定義了多種信號時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將單片機作為主機，傳感器作為從機。DS18B20復位發送時序如圖2所示。

每一次命令和數據傳輸都是從主機啟動寫時序開始，如果要求從機回送數據，在寫命令后，主機需啟動讀時序接收數據。所有的讀、寫時序至少需要60 us，且每兩個獨立的時序之間至少需要1 us的恢復時間。數據命令的傳輸都是低位優先。傳感器的復位時序包括主機發出的復位脈沖和從機發出的應答脈沖。主機通過拉低單總線并保持至少480 μs產生復位脈沖，然后由主機釋放總線，進入接收模式。主機釋放總線時，會產生一個由低電平跳變為高電平的上升沿，從機檢測到該上升沿后，延時15～60 us，然后通過拉低總線60～240 us產生應答脈沖。單片機接收到傳感器應答脈沖后就開始對傳感器進行ROM命令和功能命令操作。傳感器的讀時序是主機將單總線拉為低電平，在5μs之內釋放單總線，以便將數據傳輸到單總線上。傳感器發送1，總線保持高電平，若發送0，則總線為低電平。由于傳感器發送據后保持15 us有效時間，因此，主機在讀時序時必須釋放總線，且保持15 us的采樣總線狀態，以便接收傳感器發送的數據 [4]。

3 軟件設計

監控系統的軟件設計主要是應用MSP430G2553單片機對溫度傳感器、濕度傳感器數據的讀寫、與預定目標的比較做出判斷，通過LCD顯示器和蜂鳴器提示工作人員進行合理操作。軟件編寫、調試和下載通過TI公司推出的集成開發環境CCS（Code Composer Studio）來進行，CCS支持所有的TI公司推出的處理器，包括MSP430、ARM Cortex系列、C2000和DSP。

部分主程序如下所示：

void main （void）{

GPIO_init（）；

DS18B20_init（）；//配置DS18B20

DS18220_reset（）；//DS18B20數據線復位

HM1500_init（）；//配置HM1500LF

HM1500_reset（）；//HM1500LF數據線復位

convert_DS18B20（）；//啟動DS18B20

delay_ms（800）；

temperature_data=read_DS18B20（）；//讀溫度數據

onvert_HM1500（）；//啟動HM1500

delay_ms（800）；//

humidity_data=read_DS18B20（）；//讀濕度度數據

}

主程序流程圖如圖3所示。

4 結語

該文提出的設計方案在林業生產實踐中驗證了其可靠性和實用性。將低功耗的MSP430單片機智能監控系統應用于農林生產中，在提高生產效率節省人力資源，提高控制精度的同時也在逐步提高現代農林生產水平，也為農林生產網絡化管理提供了底層硬件基礎。

參考文獻

[1] Texas Instruments.MSP430G2x33 Mixed Signal Microcontroller. slas 734f.

[2] 董煒，王俊杰，楊士元.單總線測溫系統[J].自動化儀表，2005（6）.

[3] 李軍.關于單片機AT89S51的溫濕度控制儀的探討[J].科技創新導報，2014（12）.

[4] 廖琪梅，韓彬.基于單總線器件DS18B20的溫度測量儀[J].國外電子元器件，2008（2）.endprint

摘 要：溫室大棚廣泛在林業種苗和農業作物培育中，該文提出應用TI超低功耗MSP430單片機作為系統控制核心，應用單總線技術設計應用于溫室大棚智能溫度濕度監控系統，并給出設計方案。

關鍵詞：MSP430 單總線 智能監控系統

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（a）-0113-02

隨著現代農業和林業的快速發展，溫室大棚技術越來越普及，被廣泛用于樹苗培育和農作物種植當中。溫室大棚能克服環境對生物生長的限制，使季節對農作物的生長不再產生過度影響，在于尋求適合作物生長的溫度和濕度。現代電子技術的發展使大棚生產日常管理智能化成為可能，從而取代人工從事溫度和濕度等指標的監控，本文提出應用TI超低功耗MSP430單片機作為系統控制核心，應用單總線（1-wire）技術研制智能溫度濕度監控系統。

1 智能監控系統設計方案

智能監控系統由控制核心、溫濕度傳感器、模擬量輸入通道、A/D轉換、液晶顯示和報警電路構成。以應用大棚培育越冬龍柏樹苗為例，龍柏樹苗喜溫暖不耐嚴寒，生長對溫度要求嚴格，最適宜生長溫度為20～28 ℃，白天應適當加大棚室通風量，使棚內溫度保持在25 ℃，夜間溫度保持在10～20 ℃之間。這就要求監控系統具有兩種或多種工作模式，由時鐘電路來區分工作模式，溫度檢測范圍為0～50 ℃，測量精度為0.5 ℃，擬定8點至17點為日間模式，棚內溫度在20～28 ℃，超出范圍提醒工人進行通風或覆蓋；同樣擬定19點至次日6點為夜間模式，棚內溫度控制在10～20 ℃。圖1為監控系統結構框圖。

選擇TI的超低功耗MSP430G2553單片機作為系統的控制核心，MSP430G2553是超低功耗混合信號微控制器，具有內置的16位定時器、多達24個支持觸摸感測的I/O引腳、一個通用型模擬比較器以及采用通用串行通信接口的內置通信能力。此外，還具有一個10位模數（A/D）轉換器。這些功能能夠保障系統的定時、數據處理和A/D轉換等功能[1]。本設計采用TI的MSP430 Launch Pad 開放工具進行設計，該工具集成有XDS100v2 USB仿真器使用起來非常方便。

選用DS18B20數字溫度傳感器作為系統溫度傳感器，芯片性能特點為寬電壓，可以工作在3.0～5.5 v，這樣就可以省略調整工作電壓的麻煩；測溫范圍-55～125 ℃，在-10～85 ℃時精度為±0.5 ℃；可編程的分辨率為9～12位，可以實現高精度測溫，在9位分辨率時轉換速度為93.75 ms，而12位時轉換速度為750 ms；獨特的單總線接口方式，DS18B20與單片機通信時僅需要一條線即可實現與單片機的雙向通訊，而且支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯，實現組網多點測溫，在大棚中需要測量溫度的位置是多個以免造成局部溫度過高或過低。

濕度傳感器選用HM1500LF，這是一款低價位的線性電壓輸出濕度傳感器，測濕原理是利用濕敏電容的電容量與相對濕度的函數關系即可測量濕度。搭配一片符合單總線協議的可組網的集成A/D芯片DS2450，一片DS2450可以連接4個濕度傳感器。

其他電路包括LCD段式液晶，由于整個設計系統盡量考慮低功耗這一特點，所以選用單色LCD段式液晶作為監控顯示屏幕；還有揚聲器和鍵盤輸入等硬件電路。

2 單總線數據傳輸

單總線（1-wire）即只用一根信號線，既供電又傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的是DALLAS公司設計的一種通信技術，具有與計算機進行數字通信、總線負載量大、布線簡單、精度高、性能穩定、價格便宜等多方面優點，在各種測控系統中得到了廣泛的應用[2-3]。

設計中采用的溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HM1500LF都是采用一根總線讀寫數據所以對讀寫數據位有嚴格的時序要求。首先應該遵守相應的通信協議從而保證數據傳輸的正確性和完整性。該通信協議定義了多種信號時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將單片機作為主機，傳感器作為從機。DS18B20復位發送時序如圖2所示。

每一次命令和數據傳輸都是從主機啟動寫時序開始，如果要求從機回送數據，在寫命令后，主機需啟動讀時序接收數據。所有的讀、寫時序至少需要60 us，且每兩個獨立的時序之間至少需要1 us的恢復時間。數據命令的傳輸都是低位優先。傳感器的復位時序包括主機發出的復位脈沖和從機發出的應答脈沖。主機通過拉低單總線并保持至少480 μs產生復位脈沖，然后由主機釋放總線，進入接收模式。主機釋放總線時，會產生一個由低電平跳變為高電平的上升沿，從機檢測到該上升沿后，延時15～60 us，然后通過拉低總線60～240 us產生應答脈沖。單片機接收到傳感器應答脈沖后就開始對傳感器進行ROM命令和功能命令操作。傳感器的讀時序是主機將單總線拉為低電平，在5μs之內釋放單總線，以便將數據傳輸到單總線上。傳感器發送1，總線保持高電平，若發送0，則總線為低電平。由于傳感器發送據后保持15 us有效時間，因此，主機在讀時序時必須釋放總線，且保持15 us的采樣總線狀態，以便接收傳感器發送的數據 [4]。

3 軟件設計

監控系統的軟件設計主要是應用MSP430G2553單片機對溫度傳感器、濕度傳感器數據的讀寫、與預定目標的比較做出判斷，通過LCD顯示器和蜂鳴器提示工作人員進行合理操作。軟件編寫、調試和下載通過TI公司推出的集成開發環境CCS（Code Composer Studio）來進行，CCS支持所有的TI公司推出的處理器，包括MSP430、ARM Cortex系列、C2000和DSP。

部分主程序如下所示：

void main （void）{

GPIO_init（）；

DS18B20_init（）；//配置DS18B20

DS18220_reset（）；//DS18B20數據線復位

HM1500_init（）；//配置HM1500LF

HM1500_reset（）；//HM1500LF數據線復位

convert_DS18B20（）；//啟動DS18B20

delay_ms（800）；

temperature_data=read_DS18B20（）；//讀溫度數據

onvert_HM1500（）；//啟動HM1500

delay_ms（800）；//

humidity_data=read_DS18B20（）；//讀濕度度數據

}

主程序流程圖如圖3所示。

4 結語

該文提出的設計方案在林業生產實踐中驗證了其可靠性和實用性。將低功耗的MSP430單片機智能監控系統應用于農林生產中，在提高生產效率節省人力資源，提高控制精度的同時也在逐步提高現代農林生產水平，也為農林生產網絡化管理提供了底層硬件基礎。

參考文獻

[1] Texas Instruments.MSP430G2x33 Mixed Signal Microcontroller. slas 734f.

[2] 董煒，王俊杰，楊士元.單總線測溫系統[J].自動化儀表，2005（6）.

[3] 李軍.關于單片機AT89S51的溫濕度控制儀的探討[J].科技創新導報，2014（12）.

[4] 廖琪梅，韓彬.基于單總線器件DS18B20的溫度測量儀[J].國外電子元器件，2008（2）.endprint

摘 要：溫室大棚廣泛在林業種苗和農業作物培育中，該文提出應用TI超低功耗MSP430單片機作為系統控制核心，應用單總線技術設計應用于溫室大棚智能溫度濕度監控系統，并給出設計方案。

關鍵詞：MSP430 單總線 智能監控系統

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（a）-0113-02

隨著現代農業和林業的快速發展，溫室大棚技術越來越普及，被廣泛用于樹苗培育和農作物種植當中。溫室大棚能克服環境對生物生長的限制，使季節對農作物的生長不再產生過度影響，在于尋求適合作物生長的溫度和濕度。現代電子技術的發展使大棚生產日常管理智能化成為可能，從而取代人工從事溫度和濕度等指標的監控，本文提出應用TI超低功耗MSP430單片機作為系統控制核心，應用單總線（1-wire）技術研制智能溫度濕度監控系統。

1 智能監控系統設計方案

智能監控系統由控制核心、溫濕度傳感器、模擬量輸入通道、A/D轉換、液晶顯示和報警電路構成。以應用大棚培育越冬龍柏樹苗為例，龍柏樹苗喜溫暖不耐嚴寒，生長對溫度要求嚴格，最適宜生長溫度為20～28 ℃，白天應適當加大棚室通風量，使棚內溫度保持在25 ℃，夜間溫度保持在10～20 ℃之間。這就要求監控系統具有兩種或多種工作模式，由時鐘電路來區分工作模式，溫度檢測范圍為0～50 ℃，測量精度為0.5 ℃，擬定8點至17點為日間模式，棚內溫度在20～28 ℃，超出范圍提醒工人進行通風或覆蓋；同樣擬定19點至次日6點為夜間模式，棚內溫度控制在10～20 ℃。圖1為監控系統結構框圖。

選擇TI的超低功耗MSP430G2553單片機作為系統的控制核心，MSP430G2553是超低功耗混合信號微控制器，具有內置的16位定時器、多達24個支持觸摸感測的I/O引腳、一個通用型模擬比較器以及采用通用串行通信接口的內置通信能力。此外，還具有一個10位模數（A/D）轉換器。這些功能能夠保障系統的定時、數據處理和A/D轉換等功能[1]。本設計采用TI的MSP430 Launch Pad 開放工具進行設計，該工具集成有XDS100v2 USB仿真器使用起來非常方便。

選用DS18B20數字溫度傳感器作為系統溫度傳感器，芯片性能特點為寬電壓，可以工作在3.0～5.5 v，這樣就可以省略調整工作電壓的麻煩；測溫范圍-55～125 ℃，在-10～85 ℃時精度為±0.5 ℃；可編程的分辨率為9～12位，可以實現高精度測溫，在9位分辨率時轉換速度為93.75 ms，而12位時轉換速度為750 ms；獨特的單總線接口方式，DS18B20與單片機通信時僅需要一條線即可實現與單片機的雙向通訊，而且支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯，實現組網多點測溫，在大棚中需要測量溫度的位置是多個以免造成局部溫度過高或過低。

濕度傳感器選用HM1500LF，這是一款低價位的線性電壓輸出濕度傳感器，測濕原理是利用濕敏電容的電容量與相對濕度的函數關系即可測量濕度。搭配一片符合單總線協議的可組網的集成A/D芯片DS2450，一片DS2450可以連接4個濕度傳感器。

其他電路包括LCD段式液晶，由于整個設計系統盡量考慮低功耗這一特點，所以選用單色LCD段式液晶作為監控顯示屏幕；還有揚聲器和鍵盤輸入等硬件電路。

2 單總線數據傳輸

單總線（1-wire）即只用一根信號線，既供電又傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的是DALLAS公司設計的一種通信技術，具有與計算機進行數字通信、總線負載量大、布線簡單、精度高、性能穩定、價格便宜等多方面優點，在各種測控系統中得到了廣泛的應用[2-3]。

設計中采用的溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HM1500LF都是采用一根總線讀寫數據所以對讀寫數據位有嚴格的時序要求。首先應該遵守相應的通信協議從而保證數據傳輸的正確性和完整性。該通信協議定義了多種信號時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將單片機作為主機，傳感器作為從機。DS18B20復位發送時序如圖2所示。

每一次命令和數據傳輸都是從主機啟動寫時序開始，如果要求從機回送數據，在寫命令后，主機需啟動讀時序接收數據。所有的讀、寫時序至少需要60 us，且每兩個獨立的時序之間至少需要1 us的恢復時間。數據命令的傳輸都是低位優先。傳感器的復位時序包括主機發出的復位脈沖和從機發出的應答脈沖。主機通過拉低單總線并保持至少480 μs產生復位脈沖，然后由主機釋放總線，進入接收模式。主機釋放總線時，會產生一個由低電平跳變為高電平的上升沿，從機檢測到該上升沿后，延時15～60 us，然后通過拉低總線60～240 us產生應答脈沖。單片機接收到傳感器應答脈沖后就開始對傳感器進行ROM命令和功能命令操作。傳感器的讀時序是主機將單總線拉為低電平，在5μs之內釋放單總線，以便將數據傳輸到單總線上。傳感器發送1，總線保持高電平，若發送0，則總線為低電平。由于傳感器發送據后保持15 us有效時間，因此，主機在讀時序時必須釋放總線，且保持15 us的采樣總線狀態，以便接收傳感器發送的數據 [4]。

3 軟件設計

監控系統的軟件設計主要是應用MSP430G2553單片機對溫度傳感器、濕度傳感器數據的讀寫、與預定目標的比較做出判斷，通過LCD顯示器和蜂鳴器提示工作人員進行合理操作。軟件編寫、調試和下載通過TI公司推出的集成開發環境CCS（Code Composer Studio）來進行，CCS支持所有的TI公司推出的處理器，包括MSP430、ARM Cortex系列、C2000和DSP。

部分主程序如下所示：

void main （void）{

GPIO_init（）；

DS18B20_init（）；//配置DS18B20

DS18220_reset（）；//DS18B20數據線復位

HM1500_init（）；//配置HM1500LF

HM1500_reset（）；//HM1500LF數據線復位

convert_DS18B20（）；//啟動DS18B20

delay_ms（800）；

temperature_data=read_DS18B20（）；//讀溫度數據

onvert_HM1500（）；//啟動HM1500

delay_ms（800）；//

humidity_data=read_DS18B20（）；//讀濕度度數據

}

主程序流程圖如圖3所示。

4 結語

該文提出的設計方案在林業生產實踐中驗證了其可靠性和實用性。將低功耗的MSP430單片機智能監控系統應用于農林生產中，在提高生產效率節省人力資源，提高控制精度的同時也在逐步提高現代農林生產水平，也為農林生產網絡化管理提供了底層硬件基礎。

參考文獻

[1] Texas Instruments.MSP430G2x33 Mixed Signal Microcontroller. slas 734f.

[2] 董煒，王俊杰，楊士元.單總線測溫系統[J].自動化儀表，2005（6）.

[3] 李軍.關于單片機AT89S51的溫濕度控制儀的探討[J].科技創新導報，2014（12）.

[4] 廖琪梅，韓彬.基于單總線器件DS18B20的溫度測量儀[J].國外電子元器件，2008（2）.endprint