基于MSP430單片機的溫控系統(tǒng)設計

汪宏武

（西安航空職業(yè)技術學院 航空維修工程系，陜西 西安 710089）

溫度的測量和控制在日常生活、生產中廣泛應用愈來愈廣，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達不到工業(yè)級或普軍級溫度要求，為了滿足此要求，論文提出了基于MSP430單片機，運用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[1]。

1 低功耗溫控系統(tǒng)方案設計

圖1 溫控系統(tǒng)原理框圖Fig.1 Diagram of Temperature control block system

溫控電路由傳感器電路、信號調理電路、A/D采樣電路、單片機系統(tǒng)、輸出控制電路、溫度調節(jié)電路構成。電路基本工作原理：傳感器電路將感受到的溫度信號以電壓形式輸出到信號調理電路，信號經過調理后輸入到A/D采樣電路，由A/D轉換器將數字量值送給單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)根據設計的溫度要求判斷溫度調節(jié)電路是否投入工作。文中設計時以0℃為判別依據，當溫度量值低于或等于0℃時，溫度調節(jié)電路進行加溫通。當溫度量值高于0℃時，電路停止工作[2-3]。

2 低功耗溫控系統(tǒng)硬件設計

2.1 傳感器電路設計

2.1.1 溫度傳感器的選擇

LM35是National Semiconductor所生產的溫度傳感器，它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，LM35比按絕對溫標校準的線性溫度傳感器優(yōu)越行較好。因而，從使用角度來說，LM35無需外部校準或微調，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 133 μA；

3）輸出電壓：-1.0～+6 V；

4）輸出阻抗：1 mA 負載時 0.1 Ω；

5）精度：0.5℃精度（在+25℃時）；

6）漏泄電流：低功耗，小于 60 μA；

7）比例因數：線性+10.0 mV/℃；

8）非線性值：±1/4 ℃；

9）校準方式：直接用攝氏溫度校準；

10）封裝：密封TO-46晶體管封裝或塑料TO-92晶體管封裝；

11）使用溫度范圍：-55～+150℃額定范圍。

2.1.2 傳感器電路設計

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

圖2 傳感器電路圖Fig.2 Sensor circuit

2.2 信號調理電路設計

信號調理電路主要完成對傳感器信號放大、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，消除無關的交流分量。

圖3 放大與濾波電路圖Fig.3 Amplification&filtering circuit

2.3 電源模塊設計

由于MSP430型單片機是低功耗的單片機，采用3 V供電，要用專用的電源模塊來對單片機進行供電，故系統(tǒng)單片機的供電模塊是德州儀器公司的TPS76301，這個電源模塊是表面貼片式的，輸出電壓連續(xù)可調，可以輸出1.6～5.0 V的電壓。只有5個管腳。它可以提供l50 mA的電流，電路如圖4所示。

圖4 TPS76301電源模塊電路Fig.4 TPS76301 power module circuit

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

2.4 液晶模塊設計

LCD用于實時顯示系統(tǒng)測量值，根據要求系統(tǒng)選用了MG-12232液晶模塊，該模塊供電電壓設計為3 V的低功耗環(huán)境，驅動芯片采用SED1520F9A，具體連接電路如圖5所示。MSP430單片機通過P5口與MG-12232的數據總線進行連接[4-6]。

圖5 MSP430F149與MG-12232的電路連接示意圖Fig.5 Diagram of MSP430F149&MG-12232 of the circuit connection

3 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)的軟件設計使用的是適用于MSP430系列的C語言，這種C語言與標準C語言兼容程度很高。開發(fā)平臺使用的是IAR公司專為MSP430系列提供的集成調試環(huán)境Embedded Workbench和C語言調試器C-SPY，運用模塊化程序設計思路，進行溫控系統(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數據采樣處理模塊、LCD模塊操作、溫控電路調節(jié)模塊等部分構成。

4 結束語

圖6 系統(tǒng)軟件流程圖Fig.6 Flow chart of system software

基于LM35開發(fā)的溫控系統(tǒng)經過反復試驗、測試，工作穩(wěn)定可靠，具有體積小、靈敏度高、響應時間短、抗干擾能力強等特點。該系統(tǒng)成本低廉，器件均為常規(guī)元件，有很高的工程價值。

[1]張玉，晉小莉，馬保吉.基于單片機的模糊控制系統(tǒng)[J].微計算機信息， 2008，24（8）：137-139.

ZHANG Yu，JIN Xiao-li，MA Bao-ji.Fuzzy controlling system based on chip computer[J].Microcomputer Information，2008，24（8）：137-139.

[2]秦龍.MSP430單片機C語言應用程序設計實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3]徐景波.基于MSP430的智能測控模塊的設計與實現(xiàn)[J].微計算機信息，2008，24（14）：98-100.

XU Jing-bo.Design and implement of intelligent measure and control module based on MSP430[J].Microcomputer Information，2008，24（14）：98-100.

[4]IEEE Standard Specification Format-Guide and Test Procedure for Coriolis Vibratory Gyros[J].IEEE，2004：1431-2004.

[5]Kaya I.IMC based automatic tuning method for PID controllers in a Smith predictor configuration[J].Computers and Chemical Eng，2004，28（3）：281-290.

[6]Zhang Y T，Li Y C.A fussy Smith control of time-varying delay systems based on time delay identification[J].Proc Int Conf Machine Learning and Cybernetics，2003：445-467.