基于msp430超低功耗单片机温度控制器设计

开放实验报告 课 题 名 称 基于 msp430 单片机的超低功耗智能护眼灯的设计 学 生 姓 名 系、年级专业 信息工程系、11、12 级电子信息 指 导 教 师 于建坤 2014 年 6 月 20 日 1 基于 msp430 单片机的超低功耗智能护眼灯的设计 1实验目的 1、了解 pwm 控制灯光亮度的原理，设计基于单片机的智能护眼灯控制装置。 2、学习电子电路、PCB 板设计，产品制作与调试。 2实验内容 本智能护眼灯以 MSP43G2553 为核心，完成护眼灯的照明，电源管理，环境采 集和中央处理及控制功能。灯珠采用高亮白光 LED，恒流驱动，无频闪,不伤害眼睛， 保护视力。电源管理，由专用电源管理方案，管理系统充电和用电。环境采集，用 光传感器采集光照强度，根据光照强度控制灯珠亮度，用人体热释红外检测人远近。 三系统方案设计 系统整体方框图如下： 图 2.1 系统方框图 ( 1 ) 环境采集用光敏电阻采集环境亮度，人距感应部分采用热释红外。当人靠近台灯， 产生信号给 MCU 控制器，打开台灯。光敏电阻采集当前亮度值，根据使用者选择的模式作 出调整。 ( 2 ) MCU 控制亮度和环境采集采用闭环控制，具体算法用 PID 算法的增量式模式。具 体函数如下： 高亮 LED 驱动 显示部分 电源供电 环境采集和人距 感应部分 MSPG2553 控制 2 typedef struct PID double SetPoint; /设定目标 double Proportion;/比例常数 double Integral; /积分常数 double Derivative;/微分常数 double LastError; /Error-1 double PrevError; /Error-2 double SumError; /Sums of Errors PID; double PIDCalc(PID *pid, double NextPiont) double dError, Error, rOUT; Error = pid-SetPoint - NextPiont; / 偏差 pid-SumError += Error; / 积分 dError = pid-LastError - pid-PrevError; /当前微分 pid-PrevError = pid-LastError; /Error-2 =Error-1 pid-LastError = Error; /Error-1 = Error rOUT = pid-Proportion * Error + pid-Integral * pid-SumError + pid- Derivative * dError; /比例项 /积分项 /微分项 return (rOUT); ( 3 )显示部分因为管脚不足，若用液晶或点阵屏或 OLED，则需要串转并器件，在速度 上对整体控制不利。故用 74LS138 器件，简单的将 3 个 I/O 口转为 8 个 I/O 口，用 8 个 LED 显示，在整体控制上，简单明了。 四硬件设计 7、高亮 LED 驱动模块： 传统的大功率 LED 电源，大部分是用 220V ACDC 后面再用 LM358 或者三极管来做 恒流，此电路恒流精度低，并且过温，短路等保护功能没有，输出的可变性不强.故在此设 3 计中高亮 LED 采用,大电流,高压 DC/DC 升压恒流 XL6004 恒流驱动，其具有宽电压输入， 大电流输出，且其效率可以达到 92%，原理图如下： 图 3.1 高亮 LED 驱动模块 8、 无影的实现： 无影灯原理参照手术无影灯通过多个光源实现无影效果的，手术无影灯用来照明手术 部位，以最佳地观察处于切口和体腔中不同深度的小的、对比度低的物体。并能将色彩失 真降到最低程度。此外，无影灯还要求在工作过程中不散发出过量的热。手术无影灯如下： 图 3.2 手术无影灯布局 4 本设计也采用多个光源实现无影效果，其特点是照度高，因为采用恒流驱动，使高亮 灯能长时间工作，由于在设计中能充分散热，故不会发出过量的热量影响使用者的使用。 9、光照采集: 采用可见光光敏电阻作为光照采集器件，其工作原理方框图如下图所以： 图 3.3 光照采集原理方框图 （4）人体感应： 人体感应采用热式红外采集，其工作方框图如下： 图 3.4 人体感应原理方框图 （5）电源： 电源由变压器、整流桥、和滤波电路组成，再由开关电源器件 LM2596 构成，设计较简单， 不再叙述。 4、程序设计 程序流程图如图 5.1 所示。 系统流程图如下： 光照 增加 电阻减 小 电压 减小 PWM 降低低加 光照减 小低加 待机有人体靠 近 开始 工作 人远 离 5 系统创新系统创新 1、 灯珠亮度自动可控，使台灯发出亮度与环境亮度之和保持一固定值，无需人为频繁操作。 2、 多模式选择，不同情景用不同模式。 3、 灯盘设计模拟手术室用的无影灯，避免写字时手得遮挡引起照明度不足，保护视力。 4、 环境探测，解决用户强光久照伤眼，弱光久视伤眼，用眼过度。突然离 开忘记关灯费电情况等各种情况。 5、 优秀的电池管理方案，更高效率，增长电池和灯珠寿命。 6、 自动调节亮度，更加有效利用电源，更加节能。 6 图 5.1 5、产品性能测试 实物作品 （1 1）放大部分数据放大部分数据( (放大放大 6868 倍倍) ) 电桥输出 电压 （mv） 5101520253035404550 放大输出 （mv） 34568810231361171020382380272730653409 理论值 （mv） 34068010201360170020402380272030603400 7 （2 2）总个系统的测试数据）总个系统的测试数据 10、总结 从放大部分所测得数据可以看出，放大部分基本和理论值相对应，有些误差可 能的来源有：仪用放大器本身的误差、人工测量误差、万用表的误差等。 从总个系统的测试数据看，特别是看附表的曲线图，实际和理论有比较大的误 差，这个是无法避免的，通过人为的修改后，取得了很好的效果。 总而言之，本系统实现了题目的基本要求的全部、发挥部分的大部！ 附录 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define ulong unsigned long #define CS BIT0 #define SID BIT1 #define SCLK BIT2 #define LCDPORT P2OUT #define SID_1 LCDPORT |= SID #define SID_0 LCDPORT unsigned char b=“当前按键：“; unsigned char c=“实时温度：“; unsigned char d=“0123456789.V“; unsigned char e=“当前电压：“; uint key,value,key_shu; float temperature; float IntDegC; long temp_IntDegc; long IntDegC_1; long temp_set = 30; void delay(unsigned char ms); void write_cmd(uchar cmd); void write_dat(uchar dat); void lcd_pos(uchar x,uchar y); void LCD_init(void); void ADC10_init(void); void LCD_show(void); void temp_collect(void); void pwm_control(uchar pwm_type); void temp_control(); uint keyscan(); uint keyvalue(uint key_value); int main( void ) / Stop watchdog timer to prevent time out reset WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; 9 ADC10_init(); P2SEL= 0x00; P2DIR = BIT0 + BIT1 + BIT2; P2DIR |= CLK + SH_LD; /P2.3，P2.4 为输出 P2DIR /P2.5 为输入 LCD_init(); delay(40); LCD_show(); while(1) key=keyscan(); key_shu = keyvalue(key); lcd_pos(2,5); write_dat(key_shu+48); if(key_shu = 8) P1DIR = 0x01; P1OUT = BIT0; delay_ms(50); ADC10CTL0 |= ENC + ADC10SC; /ADC10 Enable _bis_SR_register(CPUOFF + GIE); / LPM0 with interrupts enabled /temp_collect(); temp_control(); void delay(unsigned char ms) unsigned char i,j; for(i=ms;i0;i-) for(j=120;j0;j-); void write_cmd(uchar cmd) uchar i,high4bits,low4bits; ulong lcdcmd; high4bits = cmd 10 low4bits = cmd lcdcmd=(ulong)0xf8= 5; temp_1 |= num_1; CLK_1; delay_us(10); for(i = 0;i = 5; temp_2 |= num_2; CLK_1; delay_us(10); temp_1 =21.4 bai = IntDegC_1 /100; shi = IntDegC_1 % 100/10; ge = IntDegC_1 % 100%10; lcd_pos(3,5); write_dat(dbai); write_dat(dshi); write_dat(d12); write_dat(dge); write_dat(d10); write_dat(d11); bai_1 = temp_IntDegc /100; shi_1 = temp_IntDegc %100/10; ge_1 = temp_IntDegc %100%10; lcd_pos(4,5); write_dat(dbai_1); write_dat(d12); write_dat(dshi_1); write_dat(dge_1); write_dat(d13); _no_operation(); / SET BREAKPOINT HERE 16 void temp_control() temp_set = temp_set*10; temp_collect(); if(temp_set - IntDegC_1 100) pwm_control(2); delay_ms(20); temp_collect(); if(temp_set - IntDegC_1 50 delay_ms(20); temp_collect(); if(IntDegC_1 - temp_set 50 temp_collect(); void pwm_control(uchar pwm_type) P1DIR |= 0x04; P1SEL |= 0x04; /设置 P1.2 为 TA0.1 输出功能 TACTL = TASSEL_2 + MC_1 + TACLR; /SMCLK + 增计数模式 + 清除位 18 switch(pwm_type) case 1: CCR0 = 100; CCTL1 = OUTMOD_1;break; /计数到 CCR0 置 1 case 2: CCR0 = 100; CCTL1 = OUTMOD_5;break; /计数到 CCR0 置 0 case 3: CCR0 = 100 - 1; CCTL1 = OUTMOD_7; CCR1 =