基于MSP430单片机的温控系统设计

摘要：介绍了运用MSP430单片机设计开发了一种温控系统，重点阐述了以单片机为核心的硬件电路和以C语言为用户程序编程语言的用户程序，设计了传感器电路、信号调理电路、电源模块、液晶模块电路，开发了LCD模块操作、数据采集处理程序和温控调节模块程序。该系统体积小、成本低、工作可靠，工程移植性好，具有很高的工程应用和借鉴价值。
关键词：温度传感器；MSP430单片机；温控系统；低功耗

    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 低功耗温控系统方案设计
    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 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133μA；
    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60μA；
    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T0～92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。

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。

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150 mA的电流，电路如图4所示。

    其中，电阻R1和R2上的电流必须是7μA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SED15 20F9A，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。

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
    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。