基于msp430單片機(jī)的溫度測(cè)控裝置的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-20 16:08 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 地址是0200H。3 方案設(shè)計(jì)與論證本課題是要求利用 MSP430 單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，要求方便，安全。要求測(cè)量溫度時(shí),在溫度超過(guò)預(yù)定值的時(shí)候，能自動(dòng)報(bào)警，并且能夠啟動(dòng)降溫系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)中采集溫度用 MSP430 單片機(jī)完成，MSP430 單片機(jī)是 TI 公司具有代表性的一種超低功耗單片機(jī)，其處理功能強(qiáng)大，功耗非常低。 整體方案設(shè)計(jì)單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)是以 MSP430 單片機(jī)為控制核心。整個(gè)系統(tǒng)硬件部分包括溫度檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)放大系統(tǒng)、提示報(bào)警系統(tǒng)、A/D 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、I/O 設(shè)備、控制執(zhí)行系統(tǒng)等。單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)控制框圖如圖 2 所示溫度采集信號(hào)放大濾波單片機(jī)溫度控制溫度調(diào)節(jié)提示報(bào)警圖 2 單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)控制框圖溫度傳感器將溫度信息變換為模擬電壓信號(hào)后，將電壓信號(hào)放大到單片機(jī)可以處理的范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)低通濾波，濾掉干擾信號(hào)送入單片機(jī)。在單片機(jī)中對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，為進(jìn)一步提高測(cè)量精度，采樣后對(duì)信號(hào)再進(jìn)行數(shù)字濾波 [7]。單片機(jī)將檢測(cè)到的溫度信息與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果不相符，數(shù)字調(diào)節(jié)程序根據(jù)給定值與測(cè)得值的差值按 PID控制算法設(shè)計(jì)控制量，觸發(fā)程序根據(jù)控制量控制執(zhí)行單元。如果檢測(cè)值高于設(shè)定值，則啟動(dòng)制冷系統(tǒng)，降低環(huán)境溫度；如果檢測(cè)值低于設(shè)定值，則啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，提高環(huán)境溫度，達(dá)到控制溫度的目的。 溫度傳感器方案方案一：采用熱敏電阻溫度傳感器（如 MF5E）采集溫度數(shù)據(jù)，該溫度傳感器使用熱敏電阻作為主要元件,利用其電阻值隨溫度變化而顯著變化的特點(diǎn),可直接將溫度的變化轉(zhuǎn)為電量的變化，熱敏電阻精度和靈敏度也符合要求。方案二：采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采集溫度數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)不用作任何處理直接送給單片機(jī)，因?yàn)槠錇閱慰偩€器件，所以接口相對(duì)簡(jiǎn)單 [8]，而且相比熱敏電阻傳感器，其精度和靈敏度也符合一定要求。本系統(tǒng)中對(duì)檢測(cè)精度要求不是很高，室溫下即可，所以選用高精度熱敏電阻作為溫度傳感器。熱敏電阻具有靈敏度較高、穩(wěn)定性強(qiáng)、互換精度高的特點(diǎn)。可使放大器電路極為簡(jiǎn)單, 又免去了互換補(bǔ)償?shù)穆闊? 熱敏電阻具有負(fù)的電阻溫度特性,當(dāng)溫度升高時(shí),電阻值減小,它的阻值—溫度特性曲線是一條指數(shù)曲線,非線性度較大。而對(duì)于本設(shè)計(jì)，因?yàn)闇囟纫蟛桓撸窃谑覝丨h(huán)境下，熱敏電阻的阻值與環(huán)境溫度基本呈線性關(guān)系 [9]，這樣可以通過(guò)電阻分壓簡(jiǎn)單地將溫度值轉(zhuǎn)化為電壓值。給熱敏電阻通以恒定的電流，可得到電阻兩端的電壓，根據(jù)與熱敏電阻特性有關(guān)的溫度參數(shù) To 以及特性系數(shù) k，可得下式：T=TokV(t) (1) 式中 T 為被測(cè)溫度。根據(jù)上式，可以把電阻值隨溫度的變化關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓值隨溫度變化的關(guān)系,由于熱敏電阻的電信號(hào)一般都是毫伏級(jí)，必須經(jīng)過(guò)放大，將熱敏電阻測(cè)量到的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為0～ 之間，才能在單片機(jī)中使用。圖 3 為放大電路原理圖 [10]。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為。 C2 R5 R2 + R6 + R8 _ + R R7P R1 R4 R91 R3 Rg RP2圖 3 熱敏電阻溫度傳感器電路圖由于傳感器輸出微弱的模擬信號(hào)，當(dāng)信號(hào)中存在環(huán)境干擾時(shí)，干擾信號(hào)也被同時(shí)放大，影響檢測(cè)的精度，需用濾波電路對(duì)先對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理，以提高信號(hào)的抗干擾能力。本系統(tǒng)采用巴特沃斯二階有源低通濾波電路。選取該巴特沃斯二階有源低通濾波電路的截止頻率 FH=10kHz 信號(hào)放大部分設(shè)計(jì)電壓放大器的任務(wù)是對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。要放大的信號(hào)是由溫度傳感器送來(lái)的，根據(jù)電壓信號(hào)隨時(shí)間發(fā)生的微弱變化，利用放大器可以將這些微弱的電信號(hào)放大到足夠的強(qiáng)，并將放大后的信號(hào)輸送到單片機(jī)進(jìn)行分析。對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大是電壓放大器的主要任務(wù)。 共發(fā)射極放大器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介A2A1 A3+12v熱敏電阻共發(fā)射極放大器，能夠把輸入的交流信號(hào)電壓疊加在直流電壓上，使晶體管基極、發(fā)射極之間的正向電壓發(fā)生變化，通過(guò)晶體管的控制作用，使集電極電流有更大的變化，它的變量在集電極電阻上產(chǎn)生大的電壓變量，從而實(shí)現(xiàn)電壓放大。共發(fā)射極電壓放大器電路的組成如圖 4 所示: C2 C1 V + RC + Rb UO RL Ui Vbb VCC 圖 4 共射極基本放大器 VCC是放大電路的能源,為輸出信號(hào)提供能量，并保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，使晶體管工作在放大區(qū)。V CC取值一般為幾伏到幾十伏。 V 是放大電路的核心元件。利用晶體管在放大區(qū)的電流控制作用，即 Ic = βI b的電流放大作用，將微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大。 Rc是晶體管的集電極負(fù)載電阻。它將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，實(shí)現(xiàn)電路的電壓放大作用。R c一般為幾千歐到幾十千歐。 RB以保證工作在放大狀態(tài)。改變 RB使晶體管有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。R B一般取幾十千歐到幾百千歐。5．耦合電容 CC2 起隔直流、通交流的作用。在信號(hào)頻率范圍內(nèi)，認(rèn)為容抗近似為零。所以分析電路時(shí)，在直流通路中電容視為開路，在交流通路中電容視為短路。CC2 一般為十幾微法到幾十微法的有極性的電解電容。 共發(fā)射極放大器組成原則共發(fā)射極放大電路又稱反相放大電路，其特點(diǎn)為電壓增益大，輸出電壓與輸入電壓反相，低頻性能差，適用于低頻、和多級(jí)放大電路的中間級(jí)。 ?。?）直流電源要設(shè)置合適靜態(tài)工作點(diǎn)，并作為
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