基于MSP430单片机的温控系统设计

汪宏武

（西安航空职业技术学院 航空维修工程系，陕西 西安 710089）

温度的测量和控制在日常生活、生产中广泛应用愈来愈广，在各类民用控制、工业控制以及航空航天技术方面，也有所体现。比如在很多工作场合，元器件工作温度指标达不到工业级或普军级温度要求，为了满足此要求，论文提出了基于MSP430单片机，运用LM35温度传感器开发的温控系统，系统具有体积小、低功耗、可靠性高、低成本的特点[1]。

1 低功耗温控系统方案设计

图1 温控系统原理框图Fig.1 Diagram of Temperature control block system

温控电路由传感器电路、信号调理电路、A/D采样电路、单片机系统、输出控制电路、温度调节电路构成。电路基本工作原理：传感器电路将感受到的温度信号以电压形式输出到信号调理电路，信号经过调理后输入到A/D采样电路，由A/D转换器将数字量值送给单片机系统，单片机系统根据设计的温度要求判断温度调节电路是否投入工作。文中设计时以0℃为判别依据，当温度量值低于或等于0℃时，温度调节电路进行加温通。当温度量值高于0℃时，电路停止工作[2-3]。

2 低功耗温控系统硬件设计

2.1 传感器电路设计

2.1.1 温度传感器的选择

LM35是National Semiconductor所生产的温度传感器，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，LM35比按绝对温标校准的线性温度传感器优越行较好。因而，从使用角度来说，LM35无需外部校准或微调，可以提供±1/4℃的常用温度精度。

1）工作电压：直流 4～30 V；

2）工作电流：小于 133 μA；

3）输出电压：-1.0～+6 V；

4）输出阻抗：1 mA 负载时 0.1 Ω；

5）精度：0.5℃精度（在+25℃时）；

6）漏泄电流：低功耗，小于 60 μA；

7）比例因数：线性+10.0 mV/℃；

8）非线性值：±1/4 ℃；

9）校准方式：直接用摄氏温度校准；

10）封装：密封TO-46晶体管封装或塑料TO-92晶体管封装；

11）使用温度范围：-55～+150℃额定范围。

2.1.2 传感器电路设计

传感器电路采用核心部件是LM35AH，电路如图2所示，电压输出采用差动信号方式，由2、3引脚直接输出，电阻R 为 18 kΩ 普通电阻，D1、D2为 1N4148。

图2 传感器电路图Fig.2 Sensor circuit

2.2 信号调理电路设计

信号调理电路主要完成对传感器信号放大、滤波和限幅的功能，低功耗系统的输入通道中采用的前置放大器是TI公司的OPA349。电路如图3所示，该电路除了放大功能，还具有滤波功能，消除无关的交流分量。

图3 放大与滤波电路图Fig.3 Amplification&filtering circuit

2.3 电源模块设计

由于MSP430型单片机是低功耗的单片机，采用3 V供电，要用专用的电源模块来对单片机进行供电，故系统单片机的供电模块是德州仪器公司的TPS76301，这个电源模块是表面贴片式的，输出电压连续可调，可以输出1.6～5.0 V的电压。只有5个管脚。它可以提供l50 mA的电流，电路如图4所示。

图4 TPS76301电源模块电路Fig.4 TPS76301 power module circuit

其中，电阻R1和R2上的电流必须是7 μA左右，R1选用187 kΩ，R2选择 169 kΩ。

2.4 液晶模块设计

LCD用于实时显示系统测量值，根据要求系统选用了MG-12232液晶模块，该模块供电电压设计为3 V的低功耗环境，驱动芯片采用SED1520F9A，具体连接电路如图5所示。MSP430单片机通过P5口与MG-12232的数据总线进行连接[4-6]。

图5 MSP430F149与MG-12232的电路连接示意图Fig.5 Diagram of MSP430F149&MG-12232 of the circuit connection

3 系统软件设计

本系统的软件设计使用的是适用于MSP430系列的C语言，这种C语言与标准C语言兼容程度很高。开发平台使用的是IAR公司专为MSP430系列提供的集成调试环境Embedded Workbench和C语言调试器C-SPY，运用模块化程序设计思路，进行温控系统的程序开发，系统软件流程图如图6所示。程序主要由主模块、初始化模块、AD数据采样处理模块、LCD模块操作、温控电路调节模块等部分构成。

4 结束语

图6 系统软件流程图Fig.6 Flow chart of system software

基于LM35开发的温控系统经过反复试验、测试，工作稳定可靠，具有体积小、灵敏度高、响应时间短、抗干扰能力强等特点。该系统成本低廉，器件均为常规元件，有很高的工程价值。

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