基于MSP430F149的紅外熱像儀電路板信號故障檢測

楊晉華

(太原大學教務處，山西太原 030032)

基于MSP430F149的紅外熱像儀電路板信號故障檢測

楊晉華

(太原大學教務處，山西太原 030032)

利用TEXAS INSTRUMENTS公司生產的MSP430F149型16位的單片機，可以設計成為針對紅外熱像儀的電路板信號故障檢測硬件電路。該電路利用單片機內部的12位A/D轉換器以及外置16位A/D芯片對模擬信號進行數據采集轉換，并通過LED發光二極管將檢測結果顯示出來。同時也可利用單片機的USART串口，將數據傳輸給上位機(PC)。該設計具有硬件電路簡單、采集精度高、實時顯示等優點。

MSP430F149單片機、數據采集、紅外熱像儀電路板

0 引言

隨著技術的進步，紅外熱成像系統越來越復雜，對系統的可靠性和可維護性的要求越來越高。傳統的紅外熱成像系統電路板檢測儀器往往是針對單一或固定的幾塊電路板的檢測設備，不同電路板之間不可通用，并且需要專門的技術人員，難以滿足對電路板越來越高的檢測要求，因此對于具有良好通用性、控制性、準確性及直觀性的電路板信號檢測電路研究，是非常有必要的［1］。運用單片機是設計電路板信號檢測電路的一種常用的手段，單片機以其體積小、功耗低、應用靈活、性價比高等優勢，廣泛地應用在儀表、家用電器智能化和工業控制等領域。這里采用MSP430單片機設計了一種通用型紅外熱像儀電路板信號故障檢測電路。

1 電路總體設計

電路利用單片機輸出信號驅動被測電路板工作，包含了電源模塊、控制模塊、AD模塊等。電源模塊，主要依靠LT1912電源芯片，對8 V～15 V的電壓進行降壓處理;控制模塊包括單片機、控制按鍵及與74HC595芯片連接的LED顯示;AD轉換模塊包含兩部分，其中一部分是單片機內部的12位AD模塊，其輸入引腳為P6.0～P6.7，另一部分是與單片機通過SPI進行通信的外部的16位AD轉換芯片AD7689和與其相關的濾波電路。

紅外熱像儀電路板的信號故障檢測，主要是對采集后24路信號電壓值的判斷。對于數字信號，通過判斷單片機I/O端口接收/發送數據的電平是否相同，來判斷信號是否有誤。當輸入的8路CMOS信號電平，與輸出的8路CMOS信號相同時，信號無誤;相反時，對應信號出現故障。對于模擬信號，則是通過判斷其轉換結果的電壓值，是否在被測電路板輸出信號的電壓值范圍內。電路組成框圖如圖1所示。

圖1 電路板信號故障檢測系統組成框圖

2 電源模塊設計

電源電路原理圖如圖2所示。這里采用LT1912芯片實現降壓，并通過濾波輸出。LT1912具有3.6V到36V的操作電壓和2A的最大輸出電流，同時它是一款可調頻(200kHz to500kHz)的開關調整集成塊，可輸入高至36V的輸入電壓。芯片包含一個0.25Ω的高效轉換開關，與一個特殊二極管、振蕩器、控制器和邏輯電路相連接。

圖2 電源電路原理圖

3 控制模塊設計

控制系統由單片機芯片MSP430F149模塊、按鍵輸入模塊、LED顯示模塊等組成。

3.1 單片機部分

采用MSP430F149型單片機做為控制模塊的核心，MSP430系列單片機是德州儀器(Texas Instruments)公司推出的一種超低功耗的16位工業級混合信號微處理器。TI公司借助其在混和信號與數字技術方面的處于領先的豐富經驗構建了MSP430，使系統設計人員能夠同時連接模擬信號、傳感器與數字組件，并同時保持無與倫比的低功耗優勢。MSP430的內核CPU結構是按照精簡指令集和高透明的宗旨來設計的。MSP430系列采用的是“馮·諾依曼”結構，ROM和RAM在同一地址空間，使用同一組地址數據總線。MSP430系列單片機采用的是16位結構的CPU，它采用了精簡、高透明度、高效率的正交設計，包括一個16位的算術邏輯單元(ALU)、16個寄存器和一個指令控制單元。16個寄存器中有4個特殊的功能寄存器和通用寄存器。MSP430單片機具有的鮮明特點使其在許多行業都得到了廣泛的應用［2］。

3.2 按鍵輸入模塊

利用單片機的P1.0口的8個端口可以擴展一個4×4的矩陣鍵盤。可達到16個鍵。這大大方便了頻率與相位的輸入，也使編程得到了簡化。由于本設計的按鍵僅用于控制系統的啟示/停止，因此僅需一個按鍵即可滿足需求。按鍵模塊原理圖如圖3所示。

3.3 LED顯示模塊

本電路選用LED發光二極管做為顯示單元，由于系統要對24路信號檢測結果進行顯示，而單片機的I/O端口數量有限，這里采的是74HC595芯片實現串并轉換。

圖3 按鍵模塊原理圖

4 A/D轉換與濾波電路設計

從被測電路板輸出的是模擬信號，要想利用LED對其信號的正誤進行顯示還需經A/D轉換電路將模擬信號轉換為數字信號。

4.1 A/D轉換原理

在A/D轉換器中，因為輸入的模擬信號在時間上是連續的而輸出的數字信號是離散的，所以轉換只能在一系列選定的瞬間對輸入的模擬信號取樣，然后再把這些取樣值轉換成輸出的數字量。因此，A/D轉換的過程是首先對輸入的模擬電壓信號取樣，取樣結束后進入保持時間，在這段時間內將取樣的電壓量化為數字量，并按照一定的編碼形式給出轉換結果。

4.2 A/D轉換電路

目前，在國內外市場已有上百種產品出售，它們在轉換速度、轉換精度、分辨率以及使用價值上都各具特色。選擇A/D轉換芯片，主要根據數字信號的字長和轉換速率及成本進行選擇。本設計要求對于信號采集的分辨率不大于0.000 5，應選擇16位的A/D轉換器，因此選擇AD7689作為16位數據采集的A/D轉換器。而與AD7689共同組成A/D轉換電路的有源濾波器，則選擇AD8609芯片。

A/D7689是16位模/數轉換芯片。AD7689與單片機接口方便，采用SPI通訊協議，轉換控制容易，且價格便宜，因此在實際中得到了廣泛的應用。

4.3 濾波電路

圖4 濾波電路

模擬信號的采集對于信號質量有一定的要求，電源信號經過信號線及各個器件進入AD轉換器前，難免會摻雜很多噪聲，直接影響信號采集的準確性。然而，信號采集的結果是整個系統進行檢測的依據，因此，使信號在進行A/D轉換前，首先經過一個簡單有效的濾波電路，是實現低噪聲信號，降低采集誤差的關鍵所在。這里采用了，兩節RC濾波電路組成濾波電路。其特點是，輸入阻抗高，輸出阻抗低，系統濾波電路如圖4所示(其余三個濾波電路與此相同)。

5 小結

本文設計了一種基于MSP430單片機的高效率紅外熱像儀前端板信號故障檢測系統的電路，選用了一款性價比很高、實用性很強的TEXAS INSTRUMENTS公司的MSP430系列單片機MSP430F149與穩定性較強、精度較高的ANALOG DEVICES公司的A/D轉換芯片，AD7689，完成了被測信號板的模擬信到數字信號的采集和轉換過程。電路信號檢測板經過硬件電路設計及調試后，進行了實際電路安裝調試，經測試運行可靠，性能穩定。

［1］胡迎春，蘇燕辰，張晶.超低功耗數據采集系統的設計［J］.中國測試技術，2007(9).

［2］胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2001:233.

［責任編輯:袁太生］

Hardware Circuit Design Based on MSP430F149 for Infrared Thermograph Circuit Fault Signal Detect

YANG Jin-hua
(Teaching Affairs Office，Taiyuan University，Taiyuan 030032，China)

With MSP430F149 16-bit single-chip processor produced by TEXAS INSTRUMENT company，we can design a hardware circuit for infrared thermograph circuit fault signal detect.This circuit can use the internal 12-bit A/D convert and the external 16-bit chip of the single-chip processor to carry out data collection conversion to simulating signals.And it can show out the test result through LED light-emitting diodes.At the same time，it can also transfer the data to the upper computer with the USART serial ports of the single-chip processor.This design has such advantages as simple hardware circuit，higher acquisition accuracy and real-time display.

MSP430F149 single-chip processor;data collection;infrared thermograph circuit

TP306

A

1671－5977(2012)01－0128－03

2012-01-22

楊晉華(1974-)，女，山西太原人，太原大學教務處助理實驗師。