基于MSP430單片機(jī)溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院　韓　東

基于MSP430單片機(jī)溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院韓東

本溫度控制系統(tǒng)以 MSP430F169單片機(jī)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(shí)現(xiàn)功能模式和溫度設(shè)定值的輸入，由12864液晶屏顯示實(shí)時(shí)溫度和溫度調(diào)節(jié)曲線，電壓采樣電路采用運(yùn)算放大器OP2345實(shí)現(xiàn)電壓跟隨，電流采樣電路精密儀表放大器IN122進(jìn)行電流信號(hào)的放大，測(cè)試證明該系統(tǒng)具有檢測(cè)精度高，控制穩(wěn)定。

單片機(jī)；溫度控制系統(tǒng)；精度高

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由鍵盤、溫度采集、制冷片驅(qū)動(dòng)、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)、液晶顯示、電壓采樣、電流采樣7個(gè)模塊組成，鍵盤采用ZLG7289對(duì)按鍵動(dòng)作進(jìn)行處理。溫度采集采用DS18B20。制冷片驅(qū)動(dòng)前級(jí)采用光耦TL117隔離，通過9012、9013對(duì)管驅(qū)動(dòng)IRF540，提高開關(guān)速率，降低場(chǎng)效應(yīng)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(duì)電阻衰減后的電壓進(jìn)行電壓跟隨。電流采樣利用INA122對(duì)通過采樣電阻轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，便于MSP430F169直接利用內(nèi)部參考源進(jìn)行A/D采樣，提高了采樣的精度。

圖1　系統(tǒng)總體框圖

圖2 電流電壓采樣及濾波電路

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1電流采樣電路

為提高測(cè)量精度，系統(tǒng)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(gè)電阻RG，便可實(shí)現(xiàn)G=5+200K/RG的電壓放大倍數(shù)，電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)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(wǎng)絡(luò)，按一定比例對(duì)采樣電壓進(jìn)行衰減，利用OPA2354 增加一級(jí)電壓跟隨，用MSP430F169內(nèi)部A/D測(cè)量電壓，通過軟件計(jì)算出采樣電壓大小。由于MSP430F169單片機(jī)的內(nèi)部A/D采樣的是通過測(cè)量電容的充電時(shí)間確定所采樣電壓的大小，不能直接對(duì)電阻分壓衰減網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行采樣，所以在衰減網(wǎng)絡(luò)后級(jí)增加一級(jí)電壓跟隨電路，同時(shí)用MSP430F169內(nèi)部A/D便于軟件設(shè)計(jì)。

圖3　制冷片驅(qū)動(dòng)電路

圖4　制冷制熱切換電路

2.3制冷片驅(qū)動(dòng)及切換電路

制冷片驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示，圖3中前級(jí)采用光耦隔離和由9012和9013組成的橋式場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)。用單片機(jī)控制場(chǎng)效應(yīng)管使之工作在開關(guān)狀態(tài)，根據(jù)調(diào)整輸入控制脈沖的占空比來調(diào)整制冷片的功率。該電路可以利用繼電器來實(shí)現(xiàn)冷熱的切換，且濾波效果很好。制冷制熱切換電路用場(chǎng)效應(yīng)管設(shè)計(jì)H橋式電流方向轉(zhuǎn)換電路，如圖4所示，該電路穩(wěn)定性強(qiáng)。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

如圖5為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖，主菜單包括溫度設(shè)定、控制對(duì)象溫度狀態(tài)及曲線顯示、系統(tǒng)各部分溫度監(jiān)控和制冷片當(dāng)前功率查看四項(xiàng)功能，溫度設(shè)定后，系統(tǒng)便運(yùn)行控制程序。

圖5　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖

4　系統(tǒng)測(cè)試

4.1測(cè)試方法

將溫度初始值調(diào)制22℃，系統(tǒng)穩(wěn)定后，將溫度設(shè)定為12℃，在LCD上觀察溫度的超調(diào)量、穩(wěn)定后的最大正負(fù)偏差，并利用秒表記錄到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間，并依次設(shè)定22℃、32℃、22℃，記錄不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。

4.2測(cè)試結(jié)果

從表1可以看出對(duì)于在不同溫度下的調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)有著較高的精確度，調(diào)節(jié)時(shí)間較短，系統(tǒng)反應(yīng)迅速，穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

表1　系統(tǒng)測(cè)試性能表

5　小結(jié)

該溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)采用MSP430單片機(jī)作為控制器，具有低功耗、體積小、重量輕、對(duì)環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、準(zhǔn)確度高等顯著優(yōu)點(diǎn)，可以推廣應(yīng)用到各行各業(yè)的自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)中。

［1］沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

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［4］楊堯.基于MSP430的航空制冷控制專用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.電子科技大學(xué)，2008.

韓東（1969—），工程師，研究方向：機(jī)電控制系統(tǒng)安裝與維護(hù)。