MSP430F149单片机水蛭养殖环境参数测量系统设计(3)
本文的工作安排如下：
第1章是绪论，主要介绍了本课题研究的背景意义及其重要性，并进一步对国内外研究现状进行了分析。
第2章是系统的方案设计。详细介绍并分析了目标系统的结构及各部分方案设计。
第3章是系统硬件电路设计方案，基于第2章的讨论，根据课题的指标提出了论文采用的设计方案；接着本章介绍了系统硬件设计的详细过程，具体包括温湿度测量模块、无线传感网络模块以及TCP/IP通信模块设计。
第4章是系统软件设计方案。具体包括数据采集子系统软件设计和数据传输子系统软件设计。
2 系统方案设计
2.1系统体系结构
为了达到对信息进行远程诊断与管理的目的，系统必须具备数据自动采集和远程传输、数据的分析处理和存储功能。因此，从逻辑结构上将系统划分为2大子系: 安装在现场的数据采集子系统及数据传输子系统。整个系统的总体框图如下图所示。
图2.1.1 系统总体框图
其中数据采集子系统包括温湿度传感器、水温传感器等，并预留其他传感器的扩展接口；而数据传输子系统包括ZigBee无线传感网络和TCP/IP通信模块。各个传感器现场采集数据后交由单片机处理，然后将所得数据通过无线传感网络传送出去。中心节点接收数据后交给TCP/IP通信模块，最后传给上位机。
2.2 环境参数监测子系统方案设计
2.2.1 环境参数监测子系统框图
根据池塘周边温湿度信号采集的特点，设计如下系统框图。系统由温湿传感器、水温传感器以及单片机组成。也可以根据系统设计要求，在单片机预留接口上连接其他类型传感器以扩展系统功能。
图2.2.1 环境参数监测子系统框图
由图可以看出通过2个传感器对不同环境温湿度进行测量。其中空气温湿度传感器通过传感器内部滤波器对信号进行滤波，然后通过放大电路对信号放大，最后交由A/D转换器进行转换。这样到达单片机的信号直接就是数字信号，可以简化电路的设计。而水温传感器所测信号为模拟信号，处理相对麻烦。
2.2.2 空气温湿度测量
传统上的空气温湿度采集是通过温度计和一些化学反应实现的，这样的方式操作麻烦，测量也不很准确。现在的传感器技术可以很好的弥补以往传统操作方式的缺点，不需要人为手动测量，可以很方便的采集到所需要的信号，采集的信号通过滤波器和放大器处理，再经过单片机处理，最后可以得到所需要的测量结果[4]。
采用传感器对温度测量时主要是根据热敏原理，被测温度的变化会引起电压、电流或电阻的变化，由于这种变化是线性的，通过温度变送器将所得的变化值处理，再经A/D转换后发送到单片机，单片机将这些数据进行运算处理后就能得到被测物的温度。而测量湿度的传感器一般采用高分子薄膜电容制成的湿敏电容，当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比[5]。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。通过电容微小的变化得到的信号，然后经过一系列的信号放大，采样保持，A/D转换，最后通过单片机的处理可以得到所需要的湿度。
由于系统要求对温度和湿度信号进行采集，如果采用两个不同的传感器会加大系统电路设计的复杂性，这里选用了Sensirion公司集成于一体的SHT11系列温湿度传感器，对于SHT11传感器其由于片内集成的放大器和A/D转换器等元件，直接输出的是数字信号，而且其与单片机可以单线传输，这样可以直接通过软件的设计对想要的数据进行采集，很大的简化了电路的设计。