|
MSP430微控制器的諸多系列中都有內嵌的溫度傳感器。本文提出了一種基于這個(gè)傳感器的溫度報警系統的方案。然后分析了產(chǎn)生虛警和漏警的原因，并提出了減小這兩種概率的辦法，最后給出了以MSP430F449為例的C語(yǔ)言程序。 1. 系統的總體方案 MSP430微控制器MCU（Micro ControllerUnit）是TI公司推出的一款具有豐富片上外圍的強大功能的超低功耗16位混合信號處理器。其中包括一系列的器件，可以應用在不同的場(chǎng)合。MSP430與MCS-51的一個(gè)顯著(zhù)不同就是它在片內集成了模數轉換（ADC）模塊，使得A/D轉換得以容易的實(shí)現。其中在MSP430的13x、14x、43x、44x系列器件中，都有內嵌的溫度傳感器。它的輸出送入ADC12模塊的通道10，然后對其進(jìn)行A/D轉換，進(jìn)而可以測量芯片內的溫度。在本告警系統中就是采用這個(gè)溫度傳感器的輸出來(lái)實(shí)現溫度的實(shí)時(shí)告警。 圖1 基于MSP430F449內嵌溫度傳感器的溫度告警系統原理圖 2. 溫度傳感器的測溫原理和過(guò)程 MSP430內嵌的溫度傳感器實(shí)際上就是一個(gè)輸出電壓隨環(huán)境溫度而變化的溫度二極管，表1是它的一些基本電氣特性。按照TI公司提供的資料，這個(gè)溫度二極管輸出的電壓和對應的溫度近似成簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系。所測溫度可由的公式（1）求出：
VST ：ADC模塊的通道10測量到的電壓，單位mV； V0℃ ：0℃時(shí)傳感器的輸出的電壓，單位mV； TC SENSOR ：傳感器的傳感電壓，即輸出電壓隨溫度的變化情況，單位mV/℃。數值上等于溫度每升高1℃，增加的輸出電壓。 對于12位的ADC模塊，VST可以通過(guò)下面的A/D轉換公式求得：
VR＋：正參考電壓，可以取內部參考VREF+ 、AVcc或者外部參考VeREF+ ，單位mV； VR－：負參考電壓，單位mV。通常取VR－＝AVss，在這種情況下，求VST的公式進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：
表1：MSP430微控制器溫度傳感器電氣特性表
很容易發(fā)現這個(gè)溫度傳感器具有較大的測量誤差，實(shí)驗也證明了這一點(diǎn)。這將導致較大的虛警概率或漏警概率。因此要想實(shí)用它，必須要進(jìn)行誤差校正，以減小這兩個(gè)概率。產(chǎn)生誤差的原因主要有以下幾個(gè)方面： 0℃基準參考電壓誤差 由表1可見(jiàn)，V0℃的最大誤差可達5％。所以由它導致的最大誤差為： 用TRT 表示室溫，VRT表示室溫下溫度傳感器的輸出電壓，則由公式（1）可得：
傳感電壓誤差 對于工業(yè)級標準，工作溫度范圍為：-20℃ ~ +85℃。而對于一個(gè)實(shí)際的系統，絕大多數時(shí)間工作在0℃ ~ +50℃之間。因此，用做基準參考會(huì )導致較大的積累誤差。從表1可以看出，由傳感電壓引入的最大誤差約為 。如果待測溫度為50℃，用0℃作參考，則最大誤差為：℃；而用室溫（假定TRT = 25℃）作參考，則誤差為：℃，比用0℃作參考時(shí)減小了一半。因此采用室溫作為溫度參考，是減小積累誤差的一個(gè)較好的方案。不過(guò)由傳感電壓引入的誤差相對于 來(lái)說(shuō)還是比較小的。 A/D轉換引入的誤差 由芯片資料可見(jiàn)，對于12位A/D，因漏電流引入的誤差 采用內嵌溫度傳感器測量溫度，要受到很多方面的影響。除了上面討論的方法，還有減小誤差的一般方法，比如多次測量取平均等。所以要綜合考慮各方面的因素，才能取得滿(mǎn)意的效果。 4. 軟件描述 MSP430另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序簡(jiǎn)捷而且編譯效率很高。下面就以MSP430F449為例來(lái)簡(jiǎn)要描述這個(gè)系統的軟件實(shí)現。圖3為程序流程。 #include "msp430x44x.h" // 包含頭文件 #include #define Trt 25 //預先測量到的室溫 #define Th 50 //高溫告警溫度 #define Tl 0 //低溫告警溫度 int i=0, k=0,Vrt; //定義全局變量 int ADC_Result[16]; float T; //測量到的溫度 void init(void); //初始化函數 void ADC12(void); //A/D轉換函數 void Alarm(float t); //告警處理函數 void init(void) { TACTL=TASSEL1+TACLR+MC_1; //定時(shí)器初始化,工作在"up"模式 CCTL0|=CCIE; //使能CCR0中斷 CCR0=0x0FF; //設定定時(shí)值 _EINT(); //打開(kāi)中斷 P2DIR|=BIT0+BIT1; //P2.0和P2.1為告警輸出; } void ADC12(void) { ADC12CTL0 &=~ ENC; //在進(jìn)行設置時(shí)首先復位ADC的轉換使能 ADC12CTL0 = ADC12ON+REF2_5V+SHT0_8; //采用內部2.5V參考,打開(kāi)通道10REFON自動(dòng)打開(kāi) ADC12CTL1 = SHP+ADC12SSEL_2; //上升沿采樣，主時(shí)鐘，MEM0 ADC12MCTL0 = EOS + INCH_10+SREF_1; //選擇通道10，Vref+為參考電壓，進(jìn)行溫度測量 ADC12CTL0 |= ENC; ADC12CTL0 |= ADC12SC; // 開(kāi)始轉換 if ((ADC12IFG & BIT0)==1) //如果轉換完畢，讀走數據 ADC_Result=ADC12MEM0; } void Alarm(float t) { if(t>=Th) P2OUT|=BIT1; //高溫告警 else if(t<=Tl) P2OUT|=BIT0; //低溫告警 else P2OUT&=~(BIT0+BIT1); //無(wú)告警 } interrupt[TIMERA0_VECTOR] void Timer_A (void) //中斷處理子程序// { int ADC_Sum=0; float Vst; for (i=0;i++;i<16) //連續進(jìn)行16次轉換,提高精度 { ADC12(); ADC_Sum +=ADC_Result; //求和 i++; } ADC_Sum>>=4; //將ADC_Sum右移4位,相當于除以16.得到平均的結果; Vst=( ADC_Sum /4095.0)*2500; //完成轉換,得到電壓值 k++; #ifndef Trt T=(Vst-986)/3.35; //測出用0度作基準的溫度 #else if (k==1) Vrt=Vst; //如果定義Trt，則將第一次的轉換結果作為室溫下的Vrt T=(Vst-Vrt)/3.35+Trt; //測出用室溫作基準時(shí)的溫度 #endif Alarm(T); //告警處理 } void main (void) { init(); //初始化 LPM1; //進(jìn)入低功耗模式1; } 5. 結束語(yǔ) 本文只是對告警部分進(jìn)行了描述，若是再加上液晶就可以實(shí)時(shí)顯示溫度，加上鍵盤(pán)就可以對室溫、告警溫度進(jìn)行預設，再對上述程序進(jìn)行一些改進(jìn)就是一個(gè)實(shí)用的系統了。因這兩部分相對比較簡(jiǎn)單和成熟，文中沒(méi)有進(jìn)行進(jìn)一步討論。 |
