TMP275在手持式實時測溫儀中的應用

摘 要:設計一種基于TMP275的手持實時測溫儀，采用TI公司的低功耗單片機MSP430F149作為主控芯片，該系統采用I2C總線協議數字溫度傳感器TMP275對現場溫度進行采集，通過低功耗液晶模塊進行實時溫度顯示，該系統具有采集數據準確、抗干擾能力強、功耗低的特點，非常適合于對現場環境溫度進行測量與采集。

關鍵詞:MSP430F149;低功耗;TMP275;DS1302

中圖分類號:TP274 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)03-125-03

Application of TMP275 in Handheld-based Real-time Thermometer

FAN Haijian

(Suzhou Vocational University，Suzhou，215104，China)

Abstract:A handheld-based real-time TMP275 thermometer is designed using TI′s low-power single-chip MSP430F149 as the master chip.The system，using TMP275 based on I2C bus protocol，realizes collection of temperature on site，and it displays real-time temperature through the low-power LCD Module.The system has characteristics of accurate data，anti-interference ability，low power consumption，and it suits for on-site real-time temperature measurement and collection.

Keywords:MSP430F149;low power consumption;TMP275;DS1302

0 引 言

在工業生產、日常生活的很多領域，經常要在現場對溫度進行實時的采集、測量與記錄，手持式實時測溫儀是理想的選擇。對于手持設備，功耗是必須要考慮的問題[1]。MSP430F149單片機[2]是TI推出的一種具有超低功耗16位FLASH單片機，特別適合于對功耗敏感的場合。利用MSP430Fl49單片機，可以簡便快捷地構建一個低電壓平臺，通過各功能模塊的智能運行管理和MCU功耗模式相結合，可以解決運行速度與低功耗設計之間的矛盾，將各功能模塊的電流消耗降至最低狀態。系統采用的實時時鐘芯片、傳感器芯片及存儲模塊均采用I2C總線模式，接口簡單，易于編程。

1 系統設計框圖

本設計的系統框圖[3]如圖1所示，設計采用TI公司的MSP430F149作為中央控制器，控制TMP275芯片溫度的采集與處理，實時時鐘芯片DS1302為系統提供準確的時間信息，通過控制鍵盤、顯示模塊顯示時間與溫度、狀態等信息;E2PROM存儲模塊AT24C16可實時記錄某一時間段的溫度變化情況，LED指示燈則指示溫度所處的狀態;電源模塊為控制系統提供符合要求的電源電壓，系統要求的電壓為3.3 V。

圖1 系統框圖

2 系統硬件設計

2.1 單片機控制電路

本系統的控制電路采用MSP430F149單片機，MSP430F149共有五種低功耗模式，即低功耗模式0(LPM0)至低功耗模式4 (LPM4)，非常適合手持設備的低功耗要求，具體電路如圖2所示。由圖2可看出，單片機的P1.0，P1.1，P1.2，P1.3作為通用I/O口接鍵盤，P4口和P3.5，P3.6，P3.7分別作為LCD液晶顯示器的數據與控制連接端口;單片機的P5.1，P5.2接TMS275溫度傳感器芯片，P5.2，P5.3，P5.4接DS1302芯片引腳，P6.6和P6.7接AT24C16芯片引腳，三個芯片都使用軟件模擬I2C總線協議，P6.3和P6.4接LED起指示作用。

圖2 單片機電路

2.2 電源電路

由于MSP430系列單片機的工作電壓一般是18~36 V，并且功耗極低，因此選用TI公司的TPS70633作為電源芯片。該電源芯片輸出為3.3 V，電流為50 mA，完全能滿足大多數低功耗應用場合的要求。圖3為具體電路，由圖3可以看出:該電路非常的簡單，只需要簡單的外圍器件。為了使輸出電源的紋波小，在輸出部分用了一個2.2 μF和0.1 μF的電容，另外在芯片的輸入端也放置一個2.2 μF的濾波電容，進一步減小干擾。

圖3 電源電路

2.3 典型模塊電路

2.3.1 實時時鐘模塊

系統采用芯片DS1302為手持測溫儀提供實時時鐘[4]，該芯片是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內含有一個實時時鐘/日歷和31 B靜態RAM，可提供秒、分、時、日、月、年等時間信息。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式即I2C協議進行通信，具體電路如圖4所示，僅需用到三個端口就可實現對該芯片的讀寫控制，工作時功耗很低保持數據和時鐘信息時功率小于1 mW。

2.3.2 溫度傳感器模塊

系統采用的溫度傳感器為TI公司的TMP275[5]，圖5為溫度傳感器電路，該器件的主要特性包括:50 μA功耗、9~12 b可編程分辨率、0.1 μA關機電流模式、整個溫度范圍內出色的穩定性以及 -40~+125 ℃的廣泛工作溫度范圍。該器件還允許多達8個不同地址，以實現接口總線設計的高靈活性，電路中A0，A1，A2接地用于決定芯片的器件地址。溫度傳感器TMP275可直接輸出數字信號，而無需對采樣信號作信號調理和信號的模數轉換，可以直接傳輸給單片機信號處理系統，測溫精度±0.5 ℃。 TMP275兩線串行接口[6](引腳SDL，SDA)與I2C總線接口兼容，可直接與其相連。

圖4 芯片DS1302接口電路

圖5 溫度傳感器電路

2.4 人機交互模塊

由于系統所用按鍵較少，因此采用獨立式鍵盤電路，按鍵電路硬件實現比較簡單，具體接口如圖6所示，單片機的P1.0，P1.1，P1.2，P1.3分別接四個按鍵，可充分利用單片機P1口所帶的中斷功能，按鍵識別程序實現更加方便。四個按鍵分別為功能鍵，溫度增、減鍵，功能確定鍵。功能鍵主要完成對實時時鐘時間的設定，警示溫度上下限的設置、實時溫度的存儲與調用顯示等。警示溫度的設定主要由系統所接的3個不同顏色的LED指示燈實現，其中綠燈表示測試溫度正常，橙色燈表示接近警示溫度，紅燈表示超過警示溫度，并不斷的閃爍提示工作人員。

在本系統中，采用通用LCD液晶模塊1602實現對實時時間、設定溫度、實時溫度及存儲溫度的顯示。該液晶顯示器為16字×2行的字符型液晶模塊，以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優點，在各類儀表和低功耗系統中得到廣泛的應用。具體顯示格式為年-月-日;S為溫度上限-溫度警戒限，示例如表1所示。

表1 顯示內容示例

09-07-01S:35-40

14:17:06-〉+32.5V

3 軟件設計

MSP430采用C語言開發環境，大大提高了軟件的開發的工作效率，提高了程序的可靠性、可讀性及可移植性。主程序與中斷程序流程如圖6所示。

圖6 系統程序流程圖

系統主程序首先完成對系統主控制芯片，鍵盤，顯示器，溫度傳感器、實時時鐘、E2PROM芯片的初始化工作，接著讀取溫度傳感器的溫度值，并對讀取溫度進行處理，轉換成可以在液晶顯示器上可以顯示的數據，調用溫度顯示程序進行顯示。按鍵的處理放在中斷系統中完成，通過對按鍵的判讀，決定完成各項功能，如是否顯示存儲數據，是否修改溫度的上下限，并在退出中斷之前更新顯示內容。

4 結 語

介紹了基于TMP275的手持式溫度測試系統的實現，首先介紹了系統設計框圖，然后介紹了系統的軟硬件設計。系統也可再作改進，根據需要外接USB接口，實現溫度數據的實時上傳。系統采用的TI的低功耗MSP430單片機芯片，數字式的溫度傳感器，功耗得到了有效的控制，對于在功耗要求非常嚴格的場合有很好的應用前景。

參考文獻

[1]李勇，汪小燕.溫度傳感器TMP275在家庭環境監控中的應用[J].單片機與嵌入式系統應用，2008(2):39-41.

[2]沈建華，楊艷琴.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社，2008.

[3]秦龍.MSP430單片機常用模塊與綜合系統實例講解[M].北京:電子工業出版社，2007.

[4]DALLAS公司.DS1302 Datasheet[EB/OL].http://pdf.dzsc.net.cn/88889/1054.pdf，2009.

[5]TI公司.TMP275 Datasheet[EB/OL].http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tmp275.pdf，2009.

[6]趙秋.SPI總線溫度傳感器TMP122及其應用[J].傳感器世界，2008，14(8):45-48.

[7]謝興紅，林凡強，吳雄英.MSP430單片機基礎與實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社，2008.

[8]胡大可.MSP430系列單片機C語言程序設計與開發[M].北京:北京航空航天大學出版社，2003.

[9]范風強，蘭嬋麗.單片機語言C51應用實戰集錦[M].北京:電子工業出版社，2003.

[10]黃琦，王文海.基于MSP430F149的智能儀表的設計[J].自動化儀表，2006，27(8):26-28.