汪宏武

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航空維修工程系，陜西 西安 710089）

溫度的測(cè)量和控制在日常生活、生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用愈來(lái)愈廣，在各類(lèi)民用控制、工業(yè)控制以及航空航天技術(shù)方面，也有所體現(xiàn)。比如在很多工作場(chǎng)合，元器件工作溫度指標(biāo)達(dá)不到工業(yè)級(jí)或普軍級(jí)溫度要求，為了滿(mǎn)足此要求，論文提出了基于MSP430單片機(jī)，運(yùn)用LM35溫度傳感器開(kāi)發(fā)的溫控系統(tǒng)，系統(tǒng)具有體積小、低功耗、可靠性高、低成本的特點(diǎn)[1]。

1 低功耗溫控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

圖1 溫控系統(tǒng)原理框圖Fig.1 Diagram of Temperature control block system

溫控電路由傳感器電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D采樣電路、單片機(jī)系統(tǒng)、輸出控制電路、溫度調(diào)節(jié)電路構(gòu)成。電路基本工作原理：傳感器電路將感受到的溫度信號(hào)以電壓形式輸出到信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理后輸入到A/D采樣電路，由A/D轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量值送給單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)的溫度要求判斷溫度調(diào)節(jié)電路是否投入工作。文中設(shè)計(jì)時(shí)以0℃為判別依據(jù)，當(dāng)溫度量值低于或等于0℃時(shí)，溫度調(diào)節(jié)電路進(jìn)行加溫通。當(dāng)溫度量值高于0℃時(shí)，電路停止工作[2-3]。

2 低功耗溫控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 傳感器電路設(shè)計(jì)

2.1.1 溫度傳感器的選擇

LM35是National Semiconductor所生產(chǎn)的溫度傳感器，它具有很高的工作精度和較寬的線(xiàn)性工作范圍，LM35比按絕對(duì)溫標(biāo)校準(zhǔn)的線(xiàn)性溫度傳感器優(yōu)越行較好。因而，從使用角度來(lái)說(shuō)，LM35無(wú)需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供±1/4℃的常用溫度精度。

1）工作電壓：直流 4～30 V；

2）工作電流：小于 133 μA；

3）輸出電壓：-1.0～+6 V；

4）輸出阻抗：1 mA 負(fù)載時(shí) 0.1 Ω；

5）精度：0.5℃精度（在+25℃時(shí)）；

6）漏泄電流：低功耗，小于 60 μA；

7）比例因數(shù)：線(xiàn)性+10.0 mV/℃；

8）非線(xiàn)性值：±1/4 ℃；

9）校準(zhǔn)方式：直接用攝氏溫度校準(zhǔn)；

10）封裝：密封TO-46晶體管封裝或塑料TO-92晶體管封裝；

11）使用溫度范圍：-55～+150℃額定范圍。

2.1.2 傳感器電路設(shè)計(jì)

傳感器電路采用核心部件是LM35AH，電路如圖2所示，電壓輸出采用差動(dòng)信號(hào)方式，由2、3引腳直接輸出，電阻R 為 18 kΩ 普通電阻，D1、D2為 1N4148。

圖2 傳感器電路圖Fig.2 Sensor circuit

2.2 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

信號(hào)調(diào)理電路主要完成對(duì)傳感器信號(hào)放大、濾波和限幅的功能，低功耗系統(tǒng)的輸入通道中采用的前置放大器是TI公司的OPA349。電路如圖3所示，該電路除了放大功能，還具有濾波功能，消除無(wú)關(guān)的交流分量。

圖3 放大與濾波電路圖Fig.3 Amplification&filtering circuit

2.3 電源模塊設(shè)計(jì)

由于MSP430型單片機(jī)是低功耗的單片機(jī)，采用3 V供電，要用專(zhuān)用的電源模塊來(lái)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電，故系統(tǒng)單片機(jī)的供電模塊是德州儀器公司的TPS76301，這個(gè)電源模塊是表面貼片式的，輸出電壓連續(xù)可調(diào)，可以輸出1.6～5.0 V的電壓。只有5個(gè)管腳。它可以提供l50 mA的電流，電路如圖4所示。

圖4 TPS76301電源模塊電路Fig.4 TPS76301 power module circuit

其中，電阻R1和R2上的電流必須是7 μA左右，R1選用187 kΩ，R2選擇 169 kΩ。

2.4 液晶模塊設(shè)計(jì)

LCD用于實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)測(cè)量值，根據(jù)要求系統(tǒng)選用了MG-12232液晶模塊，該模塊供電電壓設(shè)計(jì)為3 V的低功耗環(huán)境，驅(qū)動(dòng)芯片采用SED1520F9A，具體連接電路如圖5所示。MSP430單片機(jī)通過(guò)P5口與MG-12232的數(shù)據(jù)總線(xiàn)進(jìn)行連接[4-6]。

圖5 MSP430F149與MG-12232的電路連接示意圖Fig.5 Diagram of MSP430F149&MG-12232 of the circuit connection

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)使用的是適用于MSP430系列的C語(yǔ)言，這種C語(yǔ)言與標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言兼容程度很高。開(kāi)發(fā)平臺(tái)使用的是IAR公司專(zhuān)為MSP430系列提供的集成調(diào)試環(huán)境Embedded Workbench和C語(yǔ)言調(diào)試器C-SPY，運(yùn)用模塊化程序設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行溫控系統(tǒng)的程序開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。程序主要由主模塊、初始化模塊、AD數(shù)據(jù)采樣處理模塊、LCD模塊操作、溫控電路調(diào)節(jié)模塊等部分構(gòu)成。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖6 系統(tǒng)軟件流程圖Fig.6 Flow chart of system software

基于LM35開(kāi)發(fā)的溫控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)、測(cè)試，工作穩(wěn)定可靠，具有體積小、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。該系統(tǒng)成本低廉，器件均為常規(guī)元件，有很高的工程價(jià)值。

[1]張玉，晉小莉，馬保吉.基于單片機(jī)的模糊控制系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息， 2008，24（8）：137-139.

ZHANG Yu，JIN Xiao-li，MA Bao-ji.Fuzzy controlling system based on chip computer[J].Microcomputer Information，2008，24（8）：137-139.

[2]秦龍.MSP430單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3]徐景波.基于MSP430的智能測(cè)控模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008，24（14）：98-100.

XU Jing-bo.Design and implement of intelligent measure and control module based on MSP430[J].Microcomputer Information，2008，24（14）：98-100.

[4]IEEE Standard Specification Format-Guide and Test Procedure for Coriolis Vibratory Gyros[J].IEEE，2004：1431-2004.

[5]Kaya I.IMC based automatic tuning method for PID controllers in a Smith predictor configuration[J].Computers and Chemical Eng，2004，28（3）：281-290.

[6]Zhang Y T，Li Y C.A fussy Smith control of time-varying delay systems based on time delay identification[J].Proc Int Conf Machine Learning and Cybernetics，2003：445-467.