基于MSP430的数字温度计的设计

大连海洋大学信息工程学院 葛 振

基于MSP430的数字温度计的设计

大连海洋大学信息工程学院 葛 振

本文介绍了基于MSP430单片机的数字温度计，从硬件设计和软件设计两个方面对该设计进行了阐述。系统通过单片机MSP430F413控制红外温度传感器MLX90615读取温度并通过LCD液晶显示。本系统可以通过程序设定报警温度。温度传感器与单片机之间通过SMBus模式进行数据传输。该设计除了具有接口电路简单、测量速度快、测量精度高、可靠性高等特点外，其低成本、低功耗的特点使其拥有更广阔的应用前景。

数字体温计；MSP430F413；MLX90615；LCD

0 引言

随着全球温度变暖，包括疟疾、流感等传染性疾病在地球蔓延猖獗。患流感的主要症状是体温升高。因此，设计一个能应用在机场、车站等人员流通频繁的公共场所快速准确测量人体温度的温度计具有重要的意义，而传统的温度测量方法基本上是接触式[3]的，设计了一种基于MSP430单片机的低功耗数字温度计。

本设计是基于MSP430F413单片机和MLX90615集成温度传感器的红外数字测温仪来实现的，MSP430单片机具有超低功耗特性；MLX90615外围电路结构简单，不需要专用A/D转换电路来实现温度量由模拟量到数字量的变换，并可与单片机直接连接。因此该设计的电路结构简单、功耗低、体积小、测量温度迅速准确，下面将从硬件设计和软件设计两个方面来进行阐述。

1 硬件设计

温度计系统总体电路设计方案如图1所示：

图1 系统总体电路方案

本系统采用单片机作为控制器，具体可分为5个电路模块：单片机最小系统电路、温度传感器电路、蜂鸣报警电路、电源电路和液晶显示。下面分别几个重要的模块进行阐述。

1.1 单片机最小系统

单片机最小系统有单片机、晶振电路和复位电路组成。单片机采用MSP430F413，该单片机采用1.8～3.6V低电压供电，功耗特别低；16位精简指令结构；响应时间不超过6微秒[1]；这些特征使得其完全满足本系统的设计要求。晶振电路中采用32.768Khz晶振，为系统提供基本的时钟信号。复位电路采用阻容复位电路。

1.2 温度传感器系统

温度传感器采用于非接触测量的红外智能传感器MLX90615。它主要由红外热电堆传感器、低噪声放大器、16位模数转换器和功能强大的DSP单元等组成[2]；它具有宽温度范围的高精度、高分辨率、发射率可调节、SMBus兼容的数字接口等优点，满足本设计的需求，它和单片的连接电路如图2所示。

图2 温度检测电路图

本设计选择SMBus接口读取数据，如图2所示，单片机与温度传感器只需两条串行数据总线SDA和SCL即可完成数据传输，而且在这种模式下单片机可以使MLX90615进入低功耗睡眠模式。不但可以节约单片机I/O口，降低功耗，还能使系统设计成本降低。

1.3 蜂鸣报警系统

本设计报警电路如图3所示，单片机输出端口P6.7连接Buzzer，作为报警电路的输入，当P6.7为低电平时，三极管驱动扬声器发出声音，警示用户测量温度超出指定范围。

图3 报警电路图

1.4 液晶显示系统

液晶显示器采用SMC1602A，SMC1602A标准字符型液晶显示模块(LCM)，采用点阵型液晶显示器(LCD)，可显示16个字符X2行西文字符[3]，完全满足本设计的要求。MSP430F413单片机具有段式液晶驱动模块，所需的SEG、COM信号自动产生，有四种驱动方法，分别为静态驱动、2MUX驱动、3MUX驱动和4MUX驱动。为了减少引脚个数，本设计采用4MUX驱动方法来实现温度的显示。

2 软件设计

在软件设计中，本设计采用模块化的设计方法，每个模块实现一个具体的功能，主程序通过调用各个模块来实现温度测量与显示。主程序流程图如图4所示：

图4 主程序流程图

各模块程序功能如下：

(1)MCU初始化：单片机初始化，完成I/O、LCD初始化，设置中断方式，启动SMBus数据传输方式；

(2)温度读取：对传感器测试的温度进行读取，并进行CRC-8校验；

(3)温度计算：根据公式将读出的物体温度转换为摄氏温度；

(4)温度显示：LCD显示温度，控制系统显示。

3 结束语

本文设计了一个基于MSP430单片机的红外数字温度计，并且从硬件和软件两个方面对其进行了阐述。该数字温度计主要目的是实现人体测温，能够实现00.00-99.99°C测温范围。该数显温度计具有接口电路简单、测量精度高、误差小、可靠性高等特点。该温度计除了可以用于公共场所快速准确测量人体温度外，还可以应用于工业、农业等许多领域，具有一定的实用价值和应用前景。

[1]谢楷,赵建．MSP430系列单片机系统工程设计与实践[M]．北京:机械工业出版社,2009:1-43．

[2]卿太全,郭明琼．最新传感器选用手册[M]．北京:中国电力出版社,2009:5-83．

[3]鲍丙豪,周燕．液晶显示应用手册[M]．北京:电子工业出版社,2003:3-15．

葛振（1982—），男，辽宁人，讲师，主要从事单片机与嵌入式系统应用研究。