基于MSP430的溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫度的測量和控制在日常生活、生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用愈來愈廣，在各類民用控制、工業(yè)控制以及航空航天技術(shù)方面，也有所體現(xiàn)。比如在很多工作場合，元器件工作溫度指標(biāo)達(dá)不到工業(yè)級(jí)或普軍級(jí)溫度要求，為了滿足此要求，論文提出了基于MSP430單片機(jī)，運(yùn)用LM35溫度傳感器開發(fā)的溫控系統(tǒng)，系統(tǒng)具有體積小、低功耗、可靠性高、低成本的特點(diǎn)。

1 低功耗溫控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

溫控電路由傳感器電路、信號(hào)調(diào)理電路、A／D采樣電路、單片機(jī)系統(tǒng)、輸出控制電路、溫度調(diào)節(jié)電路構(gòu)成。電路基本工作原理：傳感器電路將感受到的溫度信號(hào)以電壓形式輸出到信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)經(jīng)過調(diào)理后輸入到A／D采樣電路，由A／D轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量值送給單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)的溫度要求判斷溫度調(diào)節(jié)電路是否投入工作。文中設(shè)計(jì)時(shí)以0℃為判別依據(jù)，當(dāng)溫度量值低于或等于0℃時(shí)，溫度調(diào)節(jié)電路進(jìn)行加溫通。當(dāng)溫度量值高于0℃時(shí)，電路停止工作。


2 低功耗溫控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2．1 傳感器電路設(shè)計(jì)

2．1．1 溫度傳感器的選擇

LM35是National Semiconductor所生產(chǎn)的溫度傳感器，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，LM35比按絕對(duì)溫標(biāo)校準(zhǔn)的線性溫度傳感器優(yōu)越行較好。因而，從使用角度來說，LM35無需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供±1／4℃的常用溫度精度。

1)工作電壓：直流4～30 V；
2)工作電流：小于133μA；
3)輸出電壓：-1．0～+6 V；
4)輸出阻抗：1 mA負(fù)載時(shí)0．1 Ω；
5)精度：0．5℃精度(在+25℃時(shí))；
6)漏泄電流：低功耗，小于60μA；
7)比例因數(shù)：線性+10．0 mV／℃；
8)非線性值：±1／4℃；
9)校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)；
10)封裝：密封TO-46晶體管封裝或塑料T0～92晶體管封裝；
11)使用溫度范圍：-55～+150℃額定范圍。

2．1．2 傳感器電路設(shè)計(jì)

傳感器電路采用核心部件是LM35AH，電路如圖2所示，電壓輸出采用差動(dòng)信號(hào)方式，由2、3引腳直接輸出，電阻R為18 kΩ普通電阻，D1、D2為1N4148。



2．2 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

信號(hào)調(diào)理電路主要完成對(duì)傳感器信號(hào)放大、濾波和限幅的功能，低功耗系統(tǒng)的輸入通道中采用的前置放大器是TI公司的OPA349。電路如圖3所示，該電路除了放大功能，還具有濾波功能，消除無關(guān)的交流分量。



2．3 電源模塊設(shè)計(jì)

由于MSP430型單片機(jī)是低功耗的單片機(jī)，采用3 V供電，要用專用的電源模塊來對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電，故系統(tǒng)單片機(jī)的供電模塊是德州儀器公司的TPS76301，這個(gè)電源模塊是表面貼片式的，輸出電壓連續(xù)可調(diào)，可以輸出1．6～5．0 V的電壓。只有5個(gè)管腳。它可以提供150 mA的電流，電路如圖4所示。

其中，電阻R1和R2上的電流必須是7μA左右，R1選用187 kΩ，R2選擇169 kΩ。

2．4 液晶模塊設(shè)計(jì)

LCD用于實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)測量值，根據(jù)要求系統(tǒng)選用了MG-12232液晶模塊，該模塊供電電壓設(shè)計(jì)為3 V的低功耗環(huán)境，驅(qū)動(dòng)芯片采用SED15 20F9A，具體連接電路如圖5所示。

MSP430單片機(jī)通過P5口與MG-12232的數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)使用的是適用于MSP430系列的C語言，這種C語言與標(biāo)準(zhǔn)C語言兼容程度很高。開發(fā)平臺(tái)使用的是IAR公司專為MSP430系列提供的集成調(diào)試環(huán)境Embedded Workbench和C語言調(diào)試器C-SPY，運(yùn)用模塊化程序設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行溫控系統(tǒng)的程序開發(fā)，系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。程序主要由主模塊、初始化模塊、AD數(shù)據(jù)采樣處理模塊、LCD模塊操作、溫控電路調(diào)節(jié)模塊等部分構(gòu)成。


4 結(jié)束語

基于LM35開發(fā)的溫控系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、測試，工作穩(wěn)定可靠，具有體積小、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。該系統(tǒng)成本低廉，器件均為常規(guī)元件，有很高的工程價(jià)值。