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MSP430微控制器的諸多系列中都有內(nèi)嵌的溫度傳感器。本文提出了一種基于這個傳感器的溫度報警系統(tǒng)的方案。然后分析了產(chǎn)生虛警和漏警的原因，并提出了減小這兩種概率的辦法，最后給出了以MSP430F449為例的C語言程序。 1. 系統(tǒng)的總體方案 MSP430微控制器MCU（Micro ControllerUnit）是TI公司推出的一款具有豐富片上外圍的強大功能的超低功耗16位混合信號處理器。其中包括一系列的器件，可以應(yīng)用在不同的場合。MSP430與MCS-51的一個顯著不同就是它在片內(nèi)集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）模塊，使得A/D轉(zhuǎn)換得以容易的實現(xiàn)。其中在MSP430的13x、14x、43x、44x系列器件中，都有內(nèi)嵌的溫度傳感器。它的輸出送入ADC12模塊的通道10，然后對其進行A/D轉(zhuǎn)換，進而可以測量芯片內(nèi)的溫度。在本告警系統(tǒng)中就是采用這個溫度傳感器的輸出來實現(xiàn)溫度的實時告警。 圖1 基于MSP430F449內(nèi)嵌溫度傳感器的溫度告警系統(tǒng)原理圖 2. 溫度傳感器的測溫原理和過程 MSP430內(nèi)嵌的溫度傳感器實際上就是一個輸出電壓隨環(huán)境溫度而變化的溫度二極管，表1是它的一些基本電氣特性。按照TI公司提供的資料，這個溫度二極管輸出的電壓和對應(yīng)的溫度近似成簡單的線性關(guān)系。所測溫度可由的公式（1）求出：
VST ：ADC模塊的通道10測量到的電壓，單位mV； V0℃ ：0℃時傳感器的輸出的電壓，單位mV； TC SENSOR ：傳感器的傳感電壓，即輸出電壓隨溫度的變化情況，單位mV/℃。數(shù)值上等于溫度每升高1℃，增加的輸出電壓。 對于12位的ADC模塊，VST可以通過下面的A/D轉(zhuǎn)換公式求得：
VR＋：正參考電壓，可以取內(nèi)部參考VREF+ 、AVcc或者外部參考VeREF+ ，單位mV； VR－：負參考電壓，單位mV。通常取VR－＝AVss，在這種情況下，求VST的公式進一步簡化為：
表1：MSP430微控制器溫度傳感器電氣特性表
很容易發(fā)現(xiàn)這個溫度傳感器具有較大的測量誤差，實驗也證明了這一點。這將導(dǎo)致較大的虛警概率或漏警概率。因此要想實用它，必須要進行誤差校正，以減小這兩個概率。產(chǎn)生誤差的原因主要有以下幾個方面： 0℃基準參考電壓誤差 由表1可見，V0℃的最大誤差可達5％。所以由它導(dǎo)致的最大誤差為： 用TRT 表示室溫，VRT表示室溫下溫度傳感器的輸出電壓，則由公式（1）可得：
傳感電壓誤差 對于工業(yè)級標準，工作溫度范圍為：-20℃ ~ +85℃。而對于一個實際的系統(tǒng)，絕大多數(shù)時間工作在0℃ ~ +50℃之間。因此，用做基準參考會導(dǎo)致較大的積累誤差。從表1可以看出，由傳感電壓引入的最大誤差約為 。如果待測溫度為50℃，用0℃作參考，則最大誤差為：℃；而用室溫（假定TRT = 25℃）作參考，則誤差為：℃，比用0℃作參考時減小了一半。因此采用室溫作為溫度參考，是減小積累誤差的一個較好的方案。不過由傳感電壓引入的誤差相對于 來說還是比較小的。 A/D轉(zhuǎn)換引入的誤差 由芯片資料可見，對于12位A/D，因漏電流引入的誤差 采用內(nèi)嵌溫度傳感器測量溫度，要受到很多方面的影響。除了上面討論的方法，還有減小誤差的一般方法，比如多次測量取平均等。所以要綜合考慮各方面的因素，才能取得滿意的效果。 4. 軟件描述 MSP430另一個突出優(yōu)點就是用C語言編寫程序簡捷而且編譯效率很高。下面就以MSP430F449為例來簡要描述這個系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)。圖3為程序流程。 #include "msp430x44x.h" // 包含頭文件 #include #define Trt 25 //預(yù)先測量到的室溫 #define Th 50 //高溫告警溫度 #define Tl 0 //低溫告警溫度 int i=0, k=0,Vrt; //定義全局變量 int ADC_Result[16]; float T; //測量到的溫度 void init(void); //初始化函數(shù) void ADC12(void); //A/D轉(zhuǎn)換函數(shù) void Alarm(float t); //告警處理函數(shù) void init(void) { TACTL=TASSEL1+TACLR+MC_1; //定時器初始化,工作在"up"模式 CCTL0|=CCIE; //使能CCR0中斷 CCR0=0x0FF; //設(shè)定定時值 _EINT(); //打開中斷 P2DIR|=BIT0+BIT1; //P2.0和P2.1為告警輸出; } void ADC12(void) { ADC12CTL0 &=~ ENC; //在進行設(shè)置時首先復(fù)位ADC的轉(zhuǎn)換使能 ADC12CTL0 = ADC12ON+REF2_5V+SHT0_8; //采用內(nèi)部2.5V參考,打開通道10REFON自動打開 ADC12CTL1 = SHP+ADC12SSEL_2; //上升沿采樣，主時鐘，MEM0 ADC12MCTL0 = EOS + INCH_10+SREF_1; //選擇通道10，Vref+為參考電壓，進行溫度測量 ADC12CTL0 |= ENC; ADC12CTL0 |= ADC12SC; // 開始轉(zhuǎn)換 if ((ADC12IFG & BIT0)==1) //如果轉(zhuǎn)換完畢，讀走數(shù)據(jù) ADC_Result=ADC12MEM0; } void Alarm(float t) { if(t>=Th) P2OUT|=BIT1; //高溫告警 else if(t<=Tl) P2OUT|=BIT0; //低溫告警 else P2OUT&=~(BIT0+BIT1); //無告警 } interrupt[TIMERA0_VECTOR] void Timer_A (void) //中斷處理子程序// { int ADC_Sum=0; float Vst; for (i=0;i++;i<16) //連續(xù)進行16次轉(zhuǎn)換,提高精度 { ADC12(); ADC_Sum +=ADC_Result; //求和 i++; } ADC_Sum>>=4; //將ADC_Sum右移4位,相當于除以16.得到平均的結(jié)果; Vst=( ADC_Sum /4095.0)*2500; //完成轉(zhuǎn)換,得到電壓值 k++; #ifndef Trt T=(Vst-986)/3.35; //測出用0度作基準的溫度 #else if (k==1) Vrt=Vst; //如果定義Trt，則將第一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果作為室溫下的Vrt T=(Vst-Vrt)/3.35+Trt; //測出用室溫作基準時的溫度 #endif Alarm(T); //告警處理 } void main (void) { init(); //初始化 LPM1; //進入低功耗模式1; } 5. 結(jié)束語 本文只是對告警部分進行了描述，若是再加上液晶就可以實時顯示溫度，加上鍵盤就可以對室溫、告警溫度進行預(yù)設(shè)，再對上述程序進行一些改進就是一個實用的系統(tǒng)了。因這兩部分相對比較簡單和成熟，文中沒有進行進一步討論。 |
