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1、基于MSP430的低功耗便携式测温仪设计摘 要 :温度是工农业生产、科学研究的重要的测量参数之一。高度集成、低功耗、可编程以及数字化是现代电子检测技术的发展方向，因此，便携式温度测量仪在国内外得到广泛的研究与应用。本文设计了一种基于MSP430F435单片机的低功耗便携式测温仪,该测温仪采用热电阻传感器PTl00，16位高集成度、超低功耗单片机MSP430F435，实现对温度信号的采集和处理。该仪表能够连续多点测温，具有记忆功能。其结构简单、工作稳定可靠、测量精度高、功耗低、便携性好、功能齐全、适用场合广泛等特点，满足了现代化的工业发展需求。关键词 : 温度测量仪，MSP430F435,单片机
2、，传感器，低功耗Design of Low-power Consumption Portable Multifunctional TemperatureMeasurer Based on MSP430 Abstract:The temperature is an one of important measurement parameter in industry and agriculture production,science research and new technology development processThe modern electron detecting techn
3、ology is developing toward the directionof high level of integration,So,a portable temperature measuring instument has been widely research and application at home and abroad. Based on this,the thermometer uses the thermal resistance sensor PTl00，16 position high integration and ultra low power cons
4、umption monolithic integrated circuit MSP430F435，which achieve temperature signal gathering and processingThe instrument capable of continuous multipoint temperature,with memory,print and other functions.The thermometer conforms the needs of modern industrial development,which has a lot of character
5、istics ,such as simple structure,stable and reliable work,high measuring accuracy,low power comsumption,good portability fully functions andwidely a plicable occasions ,and so on . Keywords:temperature measurer,MSP430F435,single chip microcomputer,sensor,low power consumption目录1 绪论11.1 温度测量仪概况11.1.1
6、 温度测量仪原理11.1.2 温度测量仪分类11.2 测温仪国内外发展状况21.3 主要内容42 基于MSP430便携式测温仪的总体设计52.1 仪表的设计与开发过程52.2 设计方案52.2.1 提出设计方案52.2.2 确定设计方案62.3 便携式测温仪的总体结构与工作原理62.4 系统连接框图73 低功耗便携式温度测量仪的硬件设计83.1 概述83.2主要元器件选型83.2.1温度传感器选择83.2. 2 LCD显示选择103.2.3 微处理器的选择133.2.4 报警器的选择153.2.5 数据存储模块的选择163.3 硬件电路设计163.3.1 PT100传感器采样电路163.3.2
7、 报警模块电路173.3.3 串口通信电路183.3.4 数据存储模块电路183.3.5 键盘模块电路193.3.6 单片机最小系统电路193.3.7 显示模块电路203.3.8 电源电路203.3.9 硬件电路原理214 低功耗便携式温度测量仪的软件设计224.1 单片机系统软件流程图224.2 温度插值校正及程序244.3 软件调试244.3.1 软件电路故障及解决方法244.3.2 软件调试方法254.4 结论分析265 总结275.1 结论275.2 展望275.3 结束语27附录A PT100铂电阻分度表29附录B基于MSP430F435便携式测温仪硬件原理图32参考文献33致谢35
8、II1 绪论21世纪是以知识经济为特征的信息时代，在国民经济发展中，仪器仪表的作用被越来越看重，著名科学家王大珩、杨家墀、金国藩曾指出“仪器仪表是信息产业的重要部分，是信息工业的源头”1。仪器仪表在生产发展、科学研究以及人们的日常生活中有着十分重要的作用。随着微型计算机技术及嵌入式系统的发展，仪器仪表朝着高集成度、低功耗、便携式、可编程以及数字化的方向发展。为了对传统仪器仪表进行更新升级，近些年各研究和使用单位正致力于智能仪表的开发和应用工作。温度是关于物体冷热程度的度量，是自然界主要的物理量之一，而温度测量是工农业、国防和科研等部门最普遍的测量项目，温度在工农业生产、现代科学探讨、医学研究及
9、高新技术开发过程中是一个极其普遍而重要的测量参数，温度测量仪现已广泛应用于农业实验室，工业，环保，卫生防疫，仓储运输，博物馆，温室等领域，因此提出进行基于MSP430单片机的低功耗便携式测温仪设计，具有重要的实际应用价值2。1.1 温度测量仪概况1.1.1 温度测量仪原理温度是表征物体冷热程度的参数，它不能像质量，长度那样用直接比较的方法来获得量值，只能通过物质与温度有关的其它物理性质来测量它，例如物体的体积、粘度、电导率等。温度测量是通过温度传感器来实现的，温度测量的过程就是通过温度传感器将被测对象的温度值转换成电或者其它形式的信号，传递给信号处理电路进行信号处理转换成温度值显示出来。一般的
10、温度测量仪器通常都是由温度传感器和信号处理这两部分组成的，具备检测以及显示两个功能。对于简单的温度测量仪来说，检测和显示这两部分是连在一起的，例如水银温度计；但是在较为复杂的温度测量仪中则分成独立的两个部分，中间用导线联接起来，例如热电阻或热电偶是检测部分，而相应的指示和记录仪表是显示部分。1.1.2 温度测量仪分类按照对物体测量的不同方式，温度测量仪可以分为接触式和非接触式两大类型。在测量温度的时候，测温仪检测部分如果直接与被测介质直接接触的则为接触式温度测量仪；如果检测部分没有与被测介质直接接触，则称为非接触温度测量仪。随着社会的快速发展，使得温度测量的要求也越来越高，目前市场上出现了各种
11、各样的便携式温度测量仪，能满足不同的测温需要。随着电子器件的不断发展，便携式数字温度测量仪已逐渐得到应用，由于它配有各种样式的热电偶和热电阻探头，使用时比较方便灵活；另外，便携式红外辐射温度计的发展也很迅速，装有微处理器的便携式红外辐射温度计具有存贮和计算的功能，能显示一个被测表面的多处温度，或一个点温度多次测量的平均温度、最高温度和最低温度等不同的参数。此外，还有多种其它类型的温度测量仪，例如用晶体管测温元件和光导纤维测温元件构成的仪表；采用热象扫描方式的热象仪，可直接拍摄和显示被测物体温度场的热象图，可用于检查大型炉体、发动机等的表面温度分布；另外还有利用激光，测量物体温度分布的温度测量仪
12、器等。在工业生产过程中，采用单片机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制。对于提高企业生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。1.2 测温仪国内外发展状况仪器仪表的应用领域广泛，覆盖范围包括了工业、农业、科技、环保、国防、文教卫生、交通、人民生活等各个方面，在国民经济建设各行各业的运行过程中承担着把关者和指导者的任务。现代仪器仪表的发展水平是国家科技水平和综合国力的重要体现，近年来，随着我国能源、化工、节能环保等领域快速发展，仪器仪表也提出了更高、更新、更多的要求3。电子仪器的发展，从元器件的使用方面来看，它经历了真空管、晶体管和集成电路三个阶段。从工作原理方面来看，电子仪器的发展经
13、历了模拟式、数字式、智能式三代4：第一代是模拟式电子仪器。它们的基本结构是电磁式的，基于电磁测量原理，使用指针来显示最终的测量结果。大量指针式的电流表、电压表、功率表均是典型的模拟式仪器。这一代仪器功能简单，响应速度慢，精度低。第二代是数字式电子仪器。它们的基本结构中离不开A/D转换环节，通过A/D转换将模拟信号变为数字信号，并以数字形式显示结果。它的速度快，精度高，读数直观清晰，并且可以打印输出，也方便与计算机技术相结合。同时在远距离传输方面数字信号有优势，所以遥测和遥控方面数字式电子仪器更加适用。第三代是智能仪器。智能仪器是仪器仪表发展到一定程度后的产物，是一种新型的电子仪器。它是在数字化
14、的基础上用微处理器装备起来的，是电子仪器与计算机技术相结合的产物。它具有运算、数据存储、逻辑判断能力，能随着被测参数的变化自己选择量程，可自动补偿、自动校正、自寻故障等，可以做一些需要人类的思考才能完成的工作，它已经具备了一定的智能，所以被称为智能仪器。智能化仪器仪表从出现就显示了它的强大能力，现已成为如今仪器仪表发展的一个主要方向。 进入21世纪，便携式测温技术在国内外都取得了显著成效。在2003年席卷全国的抗非典斗争中，中国科学院上海技术物理研究所，在国家863计划成果的基础上，对红外传感技术在非接触式红外体温计的应用上进行了深入的研究，在很短时间内取得了显著成果，研发出非接触便携式红外线
15、测温仪，写下了国内该领域的新篇章。国内便携式红外测温仪主要有：华中科技大学研制的“慧眼 HW-05”人体温度红外热图仪，其分辨率高达0.065；中科院上海物理研究所也研制出了红外线测温仪6；兰州大学合华技术应用开发中心开发的LHW-I红外线测温仪7 8 9。现在国内相关测温仪，特别是便携式测温仪方面已经较成熟，以北京、天津、广州、深圳、杭州、厦门和西安等城市技术最为成熟，产品最为普及1011 12 13 。然而，这种设备的测量结果还有待进一步校正1415。在温度测量方面各国均取得了许多可喜的成果，其中前苏联的压电石英频率温度计分辨能力可达0.0001，理论上可达0.00001，而且在-40230范围内具有温度与频率的线性特性；我国生产的石英温度传感器分辨率达到0.0001，误差在0.05以内，中国航天工业总公司702所研制的5901(STP-1000)型粘贴式测温片，其静态测温精度为0.5%，快速响应时间小于0.013s161718。自1999年开始，就有很多国家致力于该类项目的开发和研究，至今已经有多个国
