基于MSP430单片机的智能温度检测系统设计

摘要： 论述了一种以16 位单片机MSP430F149 为控制核心， 利用数字化温度传感器DS18B20实现温度测量的智能温度检测系统。详细论述了该系统的硬件组成和软件设计， 给出了关键部分的电路图及相应的MSP430F149单片机温度测量程序。实验结果表明， 该智能温度检测系统具有低成本、可靠性高、结构简单、性能稳定、经济实用等特点， 可根据不同需要应用于多种工农业温度检测领域。

1 引言

随着设备的电气化和自动化程度不断提高， 对设备和环境进行实时监控显得尤为重要。传统的测温器件热敏电阻测出的一般是电压， 需要再转化为相应的温度， 这就要有其它外部硬件的支持。因此硬件电路比较复杂， 设计成本也比较高。智能温度检测系统采用的是一种改进型智能温度传感器DS18B20, 数字温度传感器通过单总线与单片机连接， 系统结构简单， 抗干扰能力强， 适合于恶劣环境下进行现场温度测量， 也可应用于仓库测温、高层空调控制和农业生产过程监控等领域。

2 温度检测系统硬件构成

该温度检测系统由主控制器MSP430F149、存储模块CAT24WC64、液晶显示模块HTM1602A、语音报警模块ISD1420、矩阵键盘和单总线接若干温度传感器DS18B20组成。系统硬件框图如图1所示。由图可见， 多点温度测量电路只占用了MSP430F149 的一个普通IO口， 系统资源利用率较高。

图1 系统硬件总体电路图

2. 1 DS18B20

2. 1. 1 DS l8B20的内部结构

DS18B20的内部结构如图2 所示， 主要由四部分组成： 光刻ROM、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH 和TL 配置寄存器。DS18B20 可以有多种封装形式， 在TO - 92封装中， 如图2 （ a ）所示， GND 为接地引脚， DQ 为数据输入/输出引脚，VDD为可选的外部电源供电引脚， 在寄生电源工作方式下接地。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的， 它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM 的排列是： 开始8位（ 28H ）是产品类型标号， 接着的48 位是该DS18B20自身的序列号， 最后8位是前面56位的循环冗余校验码。

光刻ROM 的作用是使每一个DS18B20 都各不相同， 这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

图2 DS18B20整体结构图

2. 1. 2 DS18B20的工作过程

访问DS18B20的工作顺序通常为： 初始化， 发送ROM 操作命令， 发送RAM 操作命令。通过初始化复位工作使主设备知道传感器DS18B20存在并准备工作。通过发送ROM 命令可以知道某个特定的DS18B20是否存在并且是否超过温度警界值。

共有5种ROM操作命令， 分别是读ROM （ 33H ）、匹配ROM （ 55H ）、搜索ROM （ FOH ）、跳过ROM（ CCH）、告警搜索命令（ ECH ）。通过发送RAM 操作命令， 可以设定电源供电方式， 启动温度转化， 读写DS18B20的暂存区。共有6种功能命令， 分别是转换温度（ 44H ）、读暂存区（ BEH ）、写暂存区（ 4EH ）、复制暂存区（ 48H ）、重调EEPROM （ B8H ）、读电源供电方式（ B4H ）。每条命令有不同代码， 在总线上传送时， 由器件根据接收的命令代码完成相应的操作。因此DS18B20的单线通信功能是分时完成的， 它有严格的时序要求。

2. 2 MSP430F149

本设计的主控芯片采用美国德州仪器公司的16位带FLASH 单片机MSP430F149。它具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点。其工作电压为1. 8V ~ 3. 6V; CPU 运行正交的精简指令集。片内寄存器数量多。存储器可实现多种运算。

MSP430F149中断源较多并可任意嵌套， 系统处于省电状态， 用中断请求唤醒只需6 微秒。它还具有丰富的外围器件。其16位定时器T imerA具有4种工作模式， 可同时进行多个捕获/比较功能； 48个可独立编程的I /O 口； 2 个串行通信接口微秒ART0与微秒ART1; FLASH 存储器多达60KB, 擦写次数可达10万次。该款芯片的超低功耗和良好的性能价格比使其非常适合工业监控领域。

2. 3 语音报警模块

对于温度的超限情况进行报警， 系统采用语音报警方式。语音报警由ISD1420 芯片控制， 它具有分段录放功能， 每次录放时间为20S。预先录制好的温度语音， 由MSP430单片机判断被测温度， 当测量值高出或低于标准值时放出各自相应的录音， 从而实现温度的报警功能。

2. 4 温度显示模块

液晶显示模块HTM 1602A 是基于S6A0069 芯片构建的2行l6列字符型的LCD 液晶显示模块， 其字符显示的分辨率是5 ×8 （即每个字符是由一个5× 8的点矩阵构成）。基于S6A0069所编写的控制程序亦可以很方便地应用于其它大部分字符型液晶显示模块。因此选用HTM 1602A 模块显示系统的测温结果。

2. 5 数据存储模块

系统采用CAT24WC64 作为存储芯