基于MSP430F149的红外热像仪电路板信号故障检测

杨晋华

(太原大学教务处，山西太原 030032)

基于MSP430F149的红外热像仪电路板信号故障检测

杨晋华

(太原大学教务处，山西太原 030032)

利用TEXAS INSTRUMENTS公司生产的MSP430F149型16位的单片机，可以设计成为针对红外热像仪的电路板信号故障检测硬件电路。该电路利用单片机内部的12位A/D转换器以及外置16位A/D芯片对模拟信号进行数据采集转换，并通过LED发光二极管将检测结果显示出来。同时也可利用单片机的USART串口，将数据传输给上位机(PC)。该设计具有硬件电路简单、采集精度高、实时显示等优点。

MSP430F149单片机、数据采集、红外热像仪电路板

0 引言

随着技术的进步，红外热成像系统越来越复杂，对系统的可靠性和可维护性的要求越来越高。传统的红外热成像系统电路板检测仪器往往是针对单一或固定的几块电路板的检测设备，不同电路板之间不可通用，并且需要专门的技术人员，难以满足对电路板越来越高的检测要求，因此对于具有良好通用性、控制性、准确性及直观性的电路板信号检测电路研究，是非常有必要的［1］。运用单片机是设计电路板信号检测电路的一种常用的手段，单片机以其体积小、功耗低、应用灵活、性价比高等优势，广泛地应用在仪表、家用电器智能化和工业控制等领域。这里采用MSP430单片机设计了一种通用型红外热像仪电路板信号故障检测电路。

1 电路总体设计

电路利用单片机输出信号驱动被测电路板工作，包含了电源模块、控制模块、AD模块等。电源模块，主要依靠LT1912电源芯片，对8 V～15 V的电压进行降压处理;控制模块包括单片机、控制按键及与74HC595芯片连接的LED显示;AD转换模块包含两部分，其中一部分是单片机内部的12位AD模块，其输入引脚为P6.0～P6.7，另一部分是与单片机通过SPI进行通信的外部的16位AD转换芯片AD7689和与其相关的滤波电路。

红外热像仪电路板的信号故障检测，主要是对采集后24路信号电压值的判断。对于数字信号，通过判断单片机I/O端口接收/发送数据的电平是否相同，来判断信号是否有误。当输入的8路CMOS信号电平，与输出的8路CMOS信号相同时，信号无误;相反时，对应信号出现故障。对于模拟信号，则是通过判断其转换结果的电压值，是否在被测电路板输出信号的电压值范围内。电路组成框图如图1所示。

图1 电路板信号故障检测系统组成框图

2 电源模块设计

电源电路原理图如图2所示。这里采用LT1912芯片实现降压，并通过滤波输出。LT1912具有3.6V到36V的操作电压和2A的最大输出电流，同时它是一款可调频(200kHz to500kHz)的开关调整集成块，可输入高至36V的输入电压。芯片包含一个0.25Ω的高效转换开关，与一个特殊二极管、振荡器、控制器和逻辑电路相连接。

图2 电源电路原理图

3 控制模块设计

控制系统由单片机芯片MSP430F149模块、按键输入模块、LED显示模块等组成。

3.1 单片机部分

采用MSP430F149型单片机做为控制模块的核心，MSP430系列单片机是德州仪器(Texas Instruments)公司推出的一种超低功耗的16位工业级混合信号微处理器。TI公司借助其在混和信号与数字技术方面的处于领先的丰富经验构建了MSP430，使系统设计人员能够同时连接模拟信号、传感器与数字组件，并同时保持无与伦比的低功耗优势。MSP430的内核CPU结构是按照精简指令集和高透明的宗旨来设计的。MSP430系列采用的是“冯·诺依曼”结构，ROM和RAM在同一地址空间，使用同一组地址数据总线。MSP430系列单片机采用的是16位结构的CPU，它采用了精简、高透明度、高效率的正交设计，包括一个16位的算术逻辑单元(ALU)、16个寄存器和一个指令控制单元。16个寄存器中有4个特殊的功能寄存器和通用寄存器。MSP430单片机具有的鲜明特点使其在许多行业都得到了广泛的应用［2］。

3.2 按键输入模块

利用单片机的P1.0口的8个端口可以扩展一个4×4的矩阵键盘。可达到16个键。这大大方便了频率与相位的输入，也使编程得到了简化。由于本设计的按键仅用于控制系统的启示/停止，因此仅需一个按键即可满足需求。按键模块原理图如图3所示。

3.3 LED显示模块

本电路选用LED发光二极管做为显示单元，由于系统要对24路信号检测结果进行显示，而单片机的I/O端口数量有限，这里采的是74HC595芯片实现串并转换。

图3 按键模块原理图

4 A/D转换与滤波电路设计

从被测电路板输出的是模拟信号，要想利用LED对其信号的正误进行显示还需经A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号。

4.1 A/D转换原理

在A/D转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续的而输出的数字信号是离散的，所以转换只能在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样值转换成输出的数字量。因此，A/D转换的过程是首先对输入的模拟电压信号取样，取样结束后进入保持时间，在这段时间内将取样的电压量化为数字量，并按照一定的编码形式给出转换结果。

4.2 A/D转换电路

目前，在国内外市场已有上百种产品出售，它们在转换速度、转换精度、分辨率以及使用价值上都各具特色。选择A/D转换芯片，主要根据数字信号的字长和转换速率及成本进行选择。本设计要求对于信号采集的分辨率不大于0.000 5，应选择16位的A/D转换器，因此选择AD7689作为16位数据采集的A/D转换器。而与AD7689共同组成A/D转换电路的有源滤波器，则选择AD8609芯片。

A/D7689是16位模/数转换芯片。AD7689与单片机接口方便，采用SPI通讯协议，转换控制容易，且价格便宜，因此在实际中得到了广泛的应用。

4.3 滤波电路

图4 滤波电路

模拟信号的采集对于信号质量有一定的要求，电源信号经过信号线及各个器件进入AD转换器前，难免会掺杂很多噪声，直接影响信号采集的准确性。然而，信号采集的结果是整个系统进行检测的依据，因此，使信号在进行A/D转换前，首先经过一个简单有效的滤波电路，是实现低噪声信号，降低采集误差的关键所在。这里采用了，两节RC滤波电路组成滤波电路。其特点是，输入阻抗高，输出阻抗低，系统滤波电路如图4所示(其余三个滤波电路与此相同)。

5 小结

本文设计了一种基于MSP430单片机的高效率红外热像仪前端板信号故障检测系统的电路，选用了一款性价比很高、实用性很强的TEXAS INSTRUMENTS公司的MSP430系列单片机MSP430F149与稳定性较强、精度较高的ANALOG DEVICES公司的A/D转换芯片，AD7689，完成了被测信号板的模拟信到数字信号的采集和转换过程。电路信号检测板经过硬件电路设计及调试后，进行了实际电路安装调试，经测试运行可靠，性能稳定。

［1］胡迎春，苏燕辰，张晶.超低功耗数据采集系统的设计［J］.中国测试技术，2007(9).

［2］胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2001:233.

［责任编辑:袁太生］

Hardware Circuit Design Based on MSP430F149 for Infrared Thermograph Circuit Fault Signal Detect

YANG Jin-hua
(Teaching Affairs Office，Taiyuan University，Taiyuan 030032，China)

With MSP430F149 16-bit single-chip processor produced by TEXAS INSTRUMENT company，we can design a hardware circuit for infrared thermograph circuit fault signal detect.This circuit can use the internal 12-bit A/D convert and the external 16-bit chip of the single-chip processor to carry out data collection conversion to simulating signals.And it can show out the test result through LED light-emitting diodes.At the same time，it can also transfer the data to the upper computer with the USART serial ports of the single-chip processor.This design has such advantages as simple hardware circuit，higher acquisition accuracy and real-time display.

MSP430F149 single-chip processor;data collection;infrared thermograph circuit

TP306

A

1671－5977(2012)01－0128－03

2012-01-22

杨晋华(1974-)，女，山西太原人，太原大学教务处助理实验师。