基于MSP430單片機溫度自動控制系統的設計與實現

西安航空職業技術學院　韓　東

基于MSP430單片機溫度自動控制系統的設計與實現

西安航空職業技術學院韓東

本溫度控制系統以 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節曲線，電壓采樣電路采用運算放大器OP2345實現電壓跟隨，電流采樣電路精密儀表放大器IN122進行電流信號的放大，測試證明該系統具有檢測精度高，控制穩定。

單片機；溫度控制系統；精度高

1　系統總體設計

該系統總體框圖如圖1所示，整個系統由鍵盤、溫度采集、制冷片驅動、風扇驅動、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。制冷片驅動前級采用光耦TL117隔離，通過9012、9013對管驅動IRF540，提高開關速率，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對通過采樣電阻轉換后的電壓信號進行放大，便于MSP430F169直接利用內部參考源進行A/D采樣，提高了采樣的精度。

圖1　系統總體框圖

圖2 電流電壓采樣及濾波電路

2　系統硬件設計

2.1電流采樣電路

為提高測量精度，系統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G=5+200K/RG的電壓放大倍數，電路簡單，穩定性高。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絡進行采樣，所以在衰減網絡后級增加一級電壓跟隨電路，同時用MSP430F169內部A/D便于軟件設計。

圖3　制冷片驅動電路

圖4　制冷制熱切換電路

2.3制冷片驅動及切換電路

制冷片驅動電路如圖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動。用單片機控制場效應管使之工作在開關狀態，根據調整輸入控制脈沖的占空比來調整制冷片的功率。該電路可以利用繼電器來實現冷熱的切換，且濾波效果很好。制冷制熱切換電路用場效應管設計H橋式電流方向轉換電路，如圖4所示，該電路穩定性強。

3　系統軟件設計

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

圖5　系統軟件設計流程圖

4　系統測試

4.1測試方法

將溫度初始值調制22℃，系統穩定后，將溫度設定為12℃，在LCD上觀察溫度的超調量、穩定后的最大正負偏差，并利用秒表記錄到達穩定狀態的時間，并依次設定22℃、32℃、22℃，記錄不同狀態下的數據。

4.2測試結果

從表1可以看出對于在不同溫度下的調節，該系統有著較高的精確度，調節時間較短，系統反應迅速，穩定性高等優點。

表1　系統測試性能表

5　小結

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

［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］.電子技術與軟件工程，2015.

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

韓東（1969—），工程師，研究方向：機電控制系統安裝與維護。