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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I2C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。 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。MSP430F149單片機是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MSP-430F149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I2C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DSl302 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；E2PROM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。 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O(LPMO)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．O，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DSl302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I2C總線協議，P6．3和P6．4接LED起指示作用。 2．2 電源電路 由于MSP430系列單片機的工作電壓一般是l.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2．2μF和0．1μF的電容，另外在芯片的輸入端也放置一個2．2μF的濾波電容，進一步減小干擾。 2．3 典型模塊電路 2．3．1 實時時鐘模塊 系統采用芯片DSl302為手持測溫儀提供實時時鐘，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3l 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I2C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，圖5為溫度傳感器電路，該器件的主要特性包括：50μA功耗、9～12 b可編程分辨率、O．1μA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．AO，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(引腳SDL，SDA)與I2C總線接口兼容，可直接與其相連。 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，采用通甩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。 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。 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、E2PROM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。 |
