基于MSP430G2553的溫度檢測系統設計

摘 要

目前，在自動控制領域利用溫度作為一種控制量對系統進行自動控制已經越來越普遍，在人們的生產生活中對溫度的測量和監控已不可缺少。針對這種實際情況，本文設計并實現了基于MSP430G2553單片機的溫度檢測顯示系統，重點介紹了電源穩壓電路，DS18B20溫度檢測電路，OLED顯示電路以及核心單片機的硬件電路設計，通過軟件編程進行數據采集處理。最終實現了具有溫度檢測、顯示、報警功能的完整測溫系統，該設計可以直接方便的應用于家庭測溫，工業生產等領域。

【關鍵詞】MSP430G2553 溫度檢測 OLED顯示

1 引言

當前市面上常見的家用溫度產品均具有溫度顯示功能，但大多是用LED數碼管進行顯示的，顯示內容受到局限，主要原因是所使用的單片機一般不帶 AD 檢測功能，且LED 的控制較為簡單。本文的設計為了實現既定的功能，采用OLED進行電源電壓值、溫度值及個人信息等相關內容的顯示。同時，還要對溫度和電源電壓進行測量，因此需要使用模數（AD）轉換芯片或帶AD功能的單片機。綜合考慮，本文設計的測溫系統最終選用帶有模數功能的16位通用單片機MSP430G2553作為核心處理器，以及DS18B20溫度傳感器作為溫度檢測采集模塊，最后使用OLED對相關信息進行顯示。最終實現系統整體功能：傳感器測量溫度值，數據AD轉換后，通過設置溫度上下限設置報警溫度，在到達報警溫度后，系統會自動報警。溫度作為環境中最基本的參數，其與我們的日常生活息息相關，在工業生產中同樣需要對實時溫度的測量，因此設計研發簡易實用的溫度測量監控裝置具有十分重要的意義。

2 系統概述

本系統的核心電路是MSP430G2553單片機部分，再加上其余的三個子模塊構成，分別是傳感器溫度采集模塊，電源供壓模塊，OLED顯示模塊。子模塊通過設置標號管腳進行模塊間的連接，再加上軟件程序的控制，實現對溫度及電池電壓的采集和顯示。系統原理圖如圖1所示。

基于上面的電路設計方案最終完成了具有如下功能的完整單片機系統，系統功能流程圖如圖2所示：

（1）單片機AD采集電池電壓，并且在OLED顯示；

（2）溫度傳感器采集溫度數據，實時在OLED更新顯示；

（3）LED高溫報警循環閃爍。

3 硬件設計

本系統以 MSP430G2553 單片機為核心，使用工作電壓為 3.7V聚合物鋰電池對系統進行供電，實現溫度和電壓檢測，OLED屏顯示，LED閃爍等功能。在AD（Altium Designer）電路板設計軟件上進行系統硬件原理圖和PCB圖的繪制，最終手工焊接出實物。

下面將詳細介紹溫度檢測模塊，電源穩壓模塊，OLED顯示模塊以及核心的單片機系統原理圖。最終完成的PCB電路板圖如圖3所示。

3.1 溫度檢測電路

溫度檢測模塊選用的是DS18B20數字溫度芯片進行溫度的檢測和采集。所使用的溫度傳感器DS18B20感應的溫度范圍為-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃的測量的精度是±0.5℃，價格合理，測量精度較高，而且DS18B20可以直接從數據線上獲取供電而不需要再提供一個額外的外部電源。溫度檢測模塊的原理圖如圖4所示。

3.2 電源穩壓電路

電源穩壓模塊電路采用的是AMS1117穩壓芯片。AMS1117芯片可保證設備在最大輸出電流時其最大壓差不超過1.3V，并且會隨負載電流的減少而逐漸降低。AMS1117的片上微調功能把基準電壓調整到1.5%的誤差以內，且電流限制也得到了調整，盡量減少因穩壓器或電源電路超載而造成的壓力，確保芯片和電源的穩定性。該模塊電路原理圖如圖5所示。

3.3 單片機系統電路

單片機核心處理器采用的是TI公司DIP20封裝的16位單片機MSP430G2553，其具有：處理能力強，運算速度快，超低功耗，片內資源豐富，開發環境高效等優勢。該單片機供電范圍寬1.8V至3.6V，具有超低功耗及五種節能模式，具有16位精簡指令集（RISC）架構和62.5ns指令周期時間，可在不到 1μs 的時間里快速地從待機模式喚醒。除此之外，它具有16KB的閃存和512B的RAM，帶有 8 通道的內部基準、采樣與保持以及自動掃描功能的10200ksps 模數（ A /D） 轉換器，可實現對單片機電壓值的信號檢測，是一款性能優異的經典單片機。

該單片機具有28個管腳，具有多個通用I/O口，具有RST，TEST等功能端口，可十分方便的通過它控制其它子模塊，進而實現規定的功能，其電路原理圖如圖6所示。

3.4 OLED顯示電路

信息顯示模塊采用OLED顯示屏，即有機發光二極管。OLED 具備自發光，不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快等特點，而LCD 都需要背光，因而OLED顯示效果要好一些。OLED及外圍電路的設計分為：芯片的設計，外圍電路的連接和轉為單排引腳分布便于電路的焊接。OLED功能的實現主要依靠其上的D0時鐘管腳、D1數據管腳、CS#片選管腳、RES#復位管腳、D/C#數據命令控制管腳等與核心MSP430G2553芯片連接通信。

通過數據手冊連接測試，該模塊的電路原理圖如圖7所示。

4 系統軟件設計

本次設計使用C++編程語言在CCS（Code Composer Studio）單片機軟件開發平臺上對該系統的軟件進行編程設計。本系統的軟件模塊一一對應硬件由三個小模塊組成，分別是實時溫度檢測模塊、數據處理模塊、OLED驅動顯示模塊主城。圖8為本系統的軟件設計程序流程圖。

5 系統成果展示

最終整體系統的硬件PCB制作完成后的未焊接板如圖9，圖10所示。人工焊接電阻、電容、芯片、OLED屏等器件后的成品為圖11，12所示。

在實際運行過程中，對該系統進行不同環境下的溫度測試，在常溫下進行長期溫度測試結果為圖13，可清楚看到顯示出正常的室溫，多次測試結果表明該系統在一定誤差允許范圍內，測得環境溫度均與實際數據相差不大，針對家庭使用環境情況，這種誤差可以忽略不計。通過手接觸加熱溫度傳感器的方式來模擬高溫環境，最終測試的結果圖為圖14，高于30度時可以看到觸發了高溫報警功能，兩個LED閃爍警報。

6 結論

本文利用低成本單片機MSP430G2553，并結合溫度傳感器DS18B20進行溫度檢測，實現預期的功能。并通過實際的使用測試，驗證了其實用性和穩定性。最終完成的單片機測溫系統可實現對溫度的準確監測、顯示以及報警功能，具有較高的檢測精度，使用起來方便快捷，節省了人力監控的資源。

隨著當代各行各業生產技術的發展，人們對生活中各種環境因素的要求也在提高，溫度作為重要的物理量人們迫切需要檢測與控制它：如室外大氣及空調房中溫度的高低，直接影響著人們的身體健康；蔬菜種植大棚中的溫度情況，影響著作物的生長和產量；在集成電路的生產中，若生產溫度不合適，會嚴重影響電子產品的安全性和質量性。實時測溫技術在產品的質量控制和監測中，在設備的故障診斷和生產安全保護等方面發揮著重要作用。本文設計的單片機系統作為溫度監測智能化的基礎硬件，方便了人們的日常生活，不論是在家庭生活，還是工業生產領域都具有一定的應用價值。

參考文獻

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作者簡介

耿浩然（2000-），男，山東省乳山市人。就讀于乳山市第二中學。主要研究方向為信號處理、人工智能等相關研究。

作者單位

乳山市第二中學 山東省威海市 264500endprint