西安航空職業(yè)技術(shù)學院　韓　東

基于MSP430單片機溫度自動控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

西安航空職業(yè)技術(shù)學院韓東

本溫度控制系統(tǒng)以 MSP430F169單片機作為控制器，選用DS18B20型溫度傳感器采集溫度，利用矩陣式鍵盤實現(xiàn)功能模式和溫度設定值的輸入，由12864液晶屏顯示實時溫度和溫度調(diào)節(jié)曲線，電壓采樣電路采用運算放大器OP2345實現(xiàn)電壓跟隨，電流采樣電路精密儀表放大器IN122進行電流信號的放大，測試證明該系統(tǒng)具有檢測精度高，控制穩(wěn)定。

單片機；溫度控制系統(tǒng)；精度高

1　系統(tǒng)總體設計

該系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，整個系統(tǒng)由鍵盤、溫度采集、制冷片驅(qū)動、風扇驅(qū)動、液晶顯示、電壓采樣、電流采樣7個模塊組成，鍵盤采用ZLG7289對按鍵動作進行處理。溫度采集采用DS18B20。制冷片驅(qū)動前級采用光耦TL117隔離，通過9012、9013對管驅(qū)動IRF540，提高開關(guān)速率，降低場效應管的功耗。顯示采用12864液晶屏，與MSP430F169直接連接。電壓采樣電路利用OPA2340對電阻衰減后的電壓進行電壓跟隨。電流采樣利用INA122對通過采樣電阻轉(zhuǎn)換后的電壓信號進行放大，便于MSP430F169直接利用內(nèi)部參考源進行A/D采樣，提高了采樣的精度。

圖1　系統(tǒng)總體框圖

圖2 電流電壓采樣及濾波電路

2　系統(tǒng)硬件設計

2.1電流采樣電路

為提高測量精度，系統(tǒng)采樣電阻的阻值選擇為0.0334Ω，由于采得電壓值很小，為增大量程，提高精度，需要放大此電壓值。放大電路采用精密儀表放大器 INA122，外接一個電阻RG，便可實現(xiàn)G=5+200K/RG的電壓放大倍數(shù)，電路簡單，穩(wěn)定性高。圖2所示為電流電壓采樣及濾波電路。

2.2電壓采樣電路

通過電阻分壓衰減網(wǎng)絡，按一定比例對采樣電壓進行衰減，利用OPA2354 增加一級電壓跟隨，用MSP430F169內(nèi)部A/D測量電壓，通過軟件計算出采樣電壓大小。由于MSP430F169單片機的內(nèi)部A/D采樣的是通過測量電容的充電時間確定所采樣電壓的大小，不能直接對電阻分壓衰減網(wǎng)絡進行采樣，所以在衰減網(wǎng)絡后級增加一級電壓跟隨電路，同時用MSP430F169內(nèi)部A/D便于軟件設計。

圖3　制冷片驅(qū)動電路

圖4　制冷制熱切換電路

2.3制冷片驅(qū)動及切換電路

制冷片驅(qū)動電路如圖3所示，圖3中前級采用光耦隔離和由9012和9013組成的橋式場效應管驅(qū)動。用單片機控制場效應管使之工作在開關(guān)狀態(tài)，根據(jù)調(diào)整輸入控制脈沖的占空比來調(diào)整制冷片的功率。該電路可以利用繼電器來實現(xiàn)冷熱的切換，且濾波效果很好。制冷制熱切換電路用場效應管設計H橋式電流方向轉(zhuǎn)換電路，如圖4所示，該電路穩(wěn)定性強。

3　系統(tǒng)軟件設計

如圖5為系統(tǒng)軟件設計流程圖，主菜單包括溫度設定、控制對象溫度狀態(tài)及曲線顯示、系統(tǒng)各部分溫度監(jiān)控和制冷片當前功率查看四項功能，溫度設定后，系統(tǒng)便運行控制程序。

圖5　系統(tǒng)軟件設計流程圖

4　系統(tǒng)測試

4.1測試方法

將溫度初始值調(diào)制22℃，系統(tǒng)穩(wěn)定后，將溫度設定為12℃，在LCD上觀察溫度的超調(diào)量、穩(wěn)定后的最大正負偏差，并利用秒表記錄到達穩(wěn)定狀態(tài)的時間，并依次設定22℃、32℃、22℃，記錄不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。

4.2測試結(jié)果

從表1可以看出對于在不同溫度下的調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)有著較高的精確度，調(diào)節(jié)時間較短，系統(tǒng)反應迅速，穩(wěn)定性高等優(yōu)點。

表1　系統(tǒng)測試性能表

5　小結(jié)

該溫度自動控制系統(tǒng)采用MSP430單片機作為控制器，具有低功耗、體積小、重量輕、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、準確度高等顯著優(yōu)點，可以推廣應用到各行各業(yè)的自動溫度控制系統(tǒng)中。

［1］沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與應用［M］.北京：清華大學出版社，2004.

［2］馬忠梅，籍順心，張凱，馬巖.單片機的C語言應用程序設計［M］.北京：北京航空航天大學出版社，1999.

［3］端木路陽等.基于MSP430單片機的多功能寢室床樓梯燈的設計［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2015.

［4］楊堯.基于MSP430的航空制冷控制專用系統(tǒng)設計與實現(xiàn)［D］.電子科技大學，2008.

韓東（1969—），工程師，研究方向：機電控制系統(tǒng)安裝與維護。