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由我掌握歌词:基于MSP430G2553的温度检测系统设计

时间: 2019-01-06阅读:

摘 要

目前,在自动控制领域利用温度作为一种控制量对系统进行自动控制已经越来越普遍,在人们的生产生活中对温度的测量和监控已不可缺少。针对这种实际情况,本文设计并实现了基于MSP430G2553单片机的温度检测显示系统,重点介绍了电源稳压电路,DS18B20温度检测电路,OLED显示电路以及核心单片机的硬件电路设计,通过软件编程进行数据采集处理。最终实现了具有温度检测、显示、报警功能的完整测温系统,该设计可以直接方便的应用于家庭测温,工业生产等领域。

【关键词】MSP430G2553 温度检测 OLED显示

1 引言

当前市面上常见的家用温度产品均具有温度显示功能,但大多是用LED数码管进行显示的,显示内容受到局限,主要原因是所使用的单片机一般不带 AD 检测功能,且LED 的控制较为简单。本文的设计为了实现既定的功能,采用OLED进行电源电压值、温度值及个人信息等相关内容的显示。同时,还要对温度和电源电压进行测量,因此需要使用模数(AD)转换芯片或带AD功能的单片机。综合考虑,本文设计的测温系统最终选用带有模数功能的16位通用单片机MSP430G2553作为核心处理器,以及DS18B20温度传感器作为温度检测采集模块,最后使用OLED对相关信息进行显示。最终实现系统整体功能:传感器测量温度值,数据AD转换后,通过设置温度上下限设置报警温度,在到达报警温度后,系统会自动报警。温度作为环境中最基本的参数,其与我们的日常生活息息相关,在工业生产中同样需要对实时温度的测量,因此设计研发简易实用的温度测量监控装置具有十分重要的意义。

2 系统概述

本系统的核心电路是MSP430G2553单片机部分,再加上其余的三个子模块构成,分别是传感器温度采集模块,电源供压模块,OLED显示模块。子模块通过设置标号管脚进行模块间的连接,再加上软件程序的控制,实现对温度及电池电压的采集和显示。系统原理图如图1所示。

基于上面的电路设计方案最终完成了具有如下功能的完整单片机系统,系统功能流程图如图2所示:

(1)单片机AD采集电池电压,并且在OLED显示;

(2)温度传感器采集温度数据,实时在OLED更新显示;

(3)LED高温报警循环闪烁。

3 硬件设计

本系统以 MSP430G2553 单片机为核心,使用工作电压为 3.7V聚合物锂电池对系统进行供电,实现温度和电压检测,OLED屏显示,LED闪烁等功能。在AD(Altium Designer)电路板设计软件上进行系统硬件原理图和PCB图的绘制,最终手工焊接出实物。

下面将详细介绍温度检测模块,电源稳压模块,OLED显示模块以及核心的单片机系统原理图。最终完成的PCB电路板图如图3所示。

3.1 温度检测电路

温度检测模块选用的是DS18B20数字温度芯片进行温度的检测和采集。所使用的温度传感器DS18B20感应的温度范围为-55℃~+125℃,在-10℃~+85℃的测量的精度是±0.5℃,价格合理,测量精度较高,而且DS18B20可以直接从数据线上获取供电而不需要再提供一个额外的外部电源。温度检测模块的原理图如图4所示。

3.2 电源稳压电路

电源稳压模块电路采用的是AMS1117稳压芯片。AMS1117芯片可保证设备在最大输出电流时其最大压差不超过1.3V,并且会随负载电流的减少而逐渐降低。AMS1117的片上微调功能把基准电压调整到1.5%的误差以内,且电流限制也得到了调整,尽量减少因稳压器或电源电路超载而造成的压力,确保芯片和电源的稳定性。该模块电路原理图如图5所示。

3.3 单片机系统电路

单片机核心处理器采用的是TI公司DIP20封装的16位单片机MSP430G2553,其具有:处理能力强,运算速度快,超低功耗,片内资源丰富,开发环境高效等优势。该单片机供电范围宽1.8V至3.6V,具有超低功耗及五种节能模式,具有16位精简指令集(RISC)架构和62.5ns指令周期时间,可在不到 1μs 的时间里快速地从待机模式唤醒。除此之外,它具有16KB的闪存和512B的RAM,带有 8 通道的内部基准、采样与保持以及自动扫描功能的10200ksps 模数( A /D) 转换器,可实现对单片机电压值的信号检测,是一款性能优异的经典单片机。

该单片机具有28个管脚,具有多个通用I/O口,具有RST,TEST等功能端口,可十分方便的通过它控制其它子模块,进而实现规定的功能,其电路原理图如图6所示。

3.4 OLED显示电路

信息显示模块采用OLED显示屏,即有机发光二极管。OLED 具备自发光,不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快等特点,而LCD 都需要背光,因而OLED显示效果要好一些。OLED及外围电路的设计分为:芯片的设计,外围电路的连接和转为单排引脚分布便于电路的焊接。OLED功能的实现主要依靠其上的D0时钟管脚、D1数据管脚、CS#片选管脚、RES#复位管脚、D/C#数据命令控制管脚等与核心MSP430G2553芯片连接通信。

通过数据手册连接测试,该模块的电路原理图如图7所示。

4 系统软件设计

本次设计使用C++编程语言在CCS(Code Composer Studio)单片机软件开发平台上对该系统的软件进行编程设计。本系统的软件模块一一对应硬件由三个小模块组成,分别是实时温度检测模块、数据处理模块、OLED驱动显示模块主城。图8为本系统的软件设计程序流程图。

5 系统成果展示

最终整体系统的硬件PCB制作完成后的未焊接板如图9,图10所示。人工焊接电阻、电容、芯片、OLED屏等器件后的成品为图11,12所示。

在实际运行过程中,对该系统进行不同环境下的温度测试,在常温下进行长期温度测试结果为图13,可清楚看到显示出正常的室温,多次测试结果表明该系统在一定误差允许范围内,测得环境温度均与实际数据相差不大,针对家庭使用环境情况,这种误差可以忽略不计。通过手接触加热温度传感器的方式来模拟高温环境,最终测试的结果图为图14,高于30度时可以看到触发了高温报警功能,两个LED闪烁警报。

6 结论

本文利用低成本单片机MSP430G2553,并结合温度传感器DS18B20进行温度检测,实现预期的功能。并通过实际的使用测试,验证了其实用性和稳定性。最终完成的单片机测温系统可实现对温度的准确监测、显示以及报警功能,具有较高的检测精度,使用起来方便快捷,节省了人力监控的资源。

随着当代各行各业生产技术的发展,人们对生活中各种环境因素的要求也在提高,温度作为重要的物理量人们迫切需要检测与控制它:如室外大气及空调房中温度的高低,直接影响着人们的身体健康;蔬菜种植大棚中的温度情況,影响着作物的生长和产量;在集成电路的生产中,若生产温度不合适,会严重影响电子产品的安全性和质量性。实时测温技术在产品的质量控制和监测中,在设备的故障诊断和生产安全保护等方面发挥着重要作用。本文设计的单片机系统作为温度监测智能化的基础硬件,方便了人们的日常生活,不论是在家庭生活,还是工业生产领域都具有一定的应用价值。

参考文献

[1]吴琦,冷报春,赖东寅等.基于MSP430G2553的家用光照及温度检测系统设计[J].甘肃科技,2013,29(10):20-22.

[2]逄淑松,程凯,刘光发等.MSP430G2553单片机超低功耗的研究与设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2013,13(04):1-2.

作者简介

耿浩然(2000-),男,山东省乳山市人。就读于乳山市第二中学。主要研究方向为信号处理、人工智能等相关研究。

作者单位

乳山市第二中学 山东省威海市 264500

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