基于MSP430的數(shù)字溫度計的設(shè)計

大連海洋大學信息工程學院 葛 振

基于MSP430的數(shù)字溫度計的設(shè)計

大連海洋大學信息工程學院 葛 振

本文介紹了基于MSP430單片機的數(shù)字溫度計，從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面對該設(shè)計進行了闡述。系統(tǒng)通過單片機MSP430F413控制紅外溫度傳感器MLX90615讀取溫度并通過LCD液晶顯示。本系統(tǒng)可以通過程序設(shè)定報警溫度。溫度傳感器與單片機之間通過SMBus模式進行數(shù)據(jù)傳輸。該設(shè)計除了具有接口電路簡單、測量速度快、測量精度高、可靠性高等特點外，其低成本、低功耗的特點使其擁有更廣闊的應(yīng)用前景。

數(shù)字體溫計；MSP430F413；MLX90615；LCD

0 引言

隨著全球溫度變暖，包括瘧疾、流感等傳染性疾病在地球蔓延猖獗。患流感的主要癥狀是體溫升高。因此，設(shè)計一個能應(yīng)用在機場、車站等人員流通頻繁的公共場所快速準確測量人體溫度的溫度計具有重要的意義，而傳統(tǒng)的溫度測量方法基本上是接觸式[3]的，設(shè)計了一種基于MSP430單片機的低功耗數(shù)字溫度計。

本設(shè)計是基于MSP430F413單片機和MLX90615集成溫度傳感器的紅外數(shù)字測溫儀來實現(xiàn)的，MSP430單片機具有超低功耗特性；MLX90615外圍電路結(jié)構(gòu)簡單，不需要專用A/D轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)溫度量由模擬量到數(shù)字量的變換，并可與單片機直接連接。因此該設(shè)計的電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、體積小、測量溫度迅速準確，下面將從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面來進行闡述。

1 硬件設(shè)計

溫度計系統(tǒng)總體電路設(shè)計方案如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)總體電路方案

本系統(tǒng)采用單片機作為控制器，具體可分為5個電路模塊：單片機最小系統(tǒng)電路、溫度傳感器電路、蜂鳴報警電路、電源電路和液晶顯示。下面分別幾個重要的模塊進行闡述。

1.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)有單片機、晶振電路和復(fù)位電路組成。單片機采用MSP430F413，該單片機采用1.8～3.6V低電壓供電，功耗特別低；16位精簡指令結(jié)構(gòu)；響應(yīng)時間不超過6微秒[1]；這些特征使得其完全滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求。晶振電路中采用32.768Khz晶振，為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。復(fù)位電路采用阻容復(fù)位電路。

1.2 溫度傳感器系統(tǒng)

溫度傳感器采用于非接觸測量的紅外智能傳感器MLX90615。它主要由紅外熱電堆傳感器、低噪聲放大器、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和功能強大的DSP單元等組成[2]；它具有寬溫度范圍的高精度、高分辨率、發(fā)射率可調(diào)節(jié)、SMBus兼容的數(shù)字接口等優(yōu)點，滿足本設(shè)計的需求，它和單片的連接電路如圖2所示。

圖2 溫度檢測電路圖

本設(shè)計選擇SMBus接口讀取數(shù)據(jù)，如圖2所示，單片機與溫度傳感器只需兩條串行數(shù)據(jù)總線SDA和SCL即可完成數(shù)據(jù)傳輸，而且在這種模式下單片機可以使MLX90615進入低功耗睡眠模式。不但可以節(jié)約單片機I/O口，降低功耗，還能使系統(tǒng)設(shè)計成本降低。

1.3 蜂鳴報警系統(tǒng)

本設(shè)計報警電路如圖3所示，單片機輸出端口P6.7連接Buzzer，作為報警電路的輸入，當P6.7為低電平時，三極管驅(qū)動揚聲器發(fā)出聲音，警示用戶測量溫度超出指定范圍。

圖3 報警電路圖

1.4 液晶顯示系統(tǒng)

液晶顯示器采用SMC1602A，SMC1602A標準字符型液晶顯示模塊(LCM)，采用點陣型液晶顯示器(LCD)，可顯示16個字符X2行西文字符[3]，完全滿足本設(shè)計的要求。MSP430F413單片機具有段式液晶驅(qū)動模塊，所需的SEG、COM信號自動產(chǎn)生，有四種驅(qū)動方法，分別為靜態(tài)驅(qū)動、2MUX驅(qū)動、3MUX驅(qū)動和4MUX驅(qū)動。為了減少引腳個數(shù)，本設(shè)計采用4MUX驅(qū)動方法來實現(xiàn)溫度的顯示。

2 軟件設(shè)計

在軟件設(shè)計中，本設(shè)計采用模塊化的設(shè)計方法，每個模塊實現(xiàn)一個具體的功能，主程序通過調(diào)用各個模塊來實現(xiàn)溫度測量與顯示。主程序流程圖如圖4所示：

圖4 主程序流程圖

各模塊程序功能如下：

(1)MCU初始化：單片機初始化，完成I/O、LCD初始化，設(shè)置中斷方式，啟動SMBus數(shù)據(jù)傳輸方式；

(2)溫度讀取：對傳感器測試的溫度進行讀取，并進行CRC-8校驗；

(3)溫度計算：根據(jù)公式將讀出的物體溫度轉(zhuǎn)換為攝氏溫度；

(4)溫度顯示：LCD顯示溫度，控制系統(tǒng)顯示。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計了一個基于MSP430單片機的紅外數(shù)字溫度計，并且從硬件和軟件兩個方面對其進行了闡述。該數(shù)字溫度計主要目的是實現(xiàn)人體測溫，能夠?qū)崿F(xiàn)00.00-99.99°C測溫范圍。該數(shù)顯溫度計具有接口電路簡單、測量精度高、誤差小、可靠性高等特點。該溫度計除了可以用于公共場所快速準確測量人體溫度外，還可以應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域，具有一定的實用價值和應(yīng)用前景。

[1]謝楷,趙建．MSP430系列單片機系統(tǒng)工程設(shè)計與實踐[M]．北京:機械工業(yè)出版社,2009:1-43．

[2]卿太全,郭明瓊．最新傳感器選用手冊[M]．北京:中國電力出版社,2009:5-83．

[3]鮑丙豪,周燕．液晶顯示應(yīng)用手冊[M]．北京:電子工業(yè)出版社,2003:3-15．

葛振（1982—），男，遼寧人，講師，主要從事單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用研究。