温度采集报警系统的设计和实现

1、温度采集报警系统的设计和实现发布日期:2008-09-02作者:李艳丽 来源:微计算机信息 摘要:温度采集广泛应用于人们的生产和生活中，使用温度计来采集温度，这样不仅采集精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。为解决这一问题,本文介绍了一种采用集成温度传感器MAX6613作为检测元件，MSP430F149作为CPU的温度监控系统。该系统具有一定的通用性，结构简单，功耗低，可以方便地实现温度实时监控，主要由键盘输入模块、传感器采集模块、显示模块、报警模块、CPU处理模块和电源供电及复位模块组成。本文介绍了该温度采集报警系统的硬件和软件设计。 关键字: 数据采集, 传感器,

2、 单片机 1 引言随着电子计算机信息技术的不断发展和完善，采用单片机实现的温度监控系统的应用越来越多。且采用单片机实现的温度监控系统具有自动化和无人值守等特点，使得它们在许多应用场合得到了广泛的应用。本文介绍的温度采集报警系统具有一定的通用性，它采用传感器与单片机的A/D通道相连，简化了模拟采集的设计，从而减小设计的复杂性，增加系统的可靠性，也同时减小了PCB的面积。报警和显示模块主要是驱动蜂鸣器实现报警功能和便于实时观察。该系统充分体现了智能化、低功耗、高精度的发展趋势。重点在于传感器的设计及智能化、低功耗的硬件电路设计上。2 系统硬件设计与实现（单元电路设计）系统以单片机MSP4

3、30F149为核心。系统结构框图如图1所示。本系统的功能设计目标应该包括以下几个方面：键盘输入模块、传感器采集模块、显示模块、报警模块、CPU处理模块和电源供电及复位模块等。下面详细介绍一下各单元的硬件电路和实现的功能。      图1  系统结构框图2.1.1 电源部分设计整个系统采用3.3V供电，考虑到硬件系统对电源要求具有稳压功能和纹波小等特点，另外也考虑到硬件系统的低功耗等特点，因此该硬件系统的电源部分采用TI公司的TPS76033芯片实现，该芯片能很好满足该硬件系统的要求，另外该芯片具有很小的封装，因此能有效节约P

4、CB板的面积。为了使输出电源的纹波小，在输出部分用了一个2.2uF和0.1uF的电容，另外在芯片的输入端也放置一个0.1uF的滤波电容，减小输入端受到的干扰。2.1.2 复位电路部分设计在单片机系统里，单片机需要复位电路，复位电路可以采用R-C复位电路，也可以采用复位芯片实现的复位电路，R-C复位电路具有经济性，但可靠性不高，用复位芯片实现的复位电路具有很高的可靠性，因此为了保证复位电路的可靠性，该系统采用复位芯片实现的复位电路，该系统采用MAX809芯片。为了减小电源的干扰，还需要在复位芯片的电源输入腿加一个0.1uF的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。2.1.3 键盘输入电路部分设计

5、键盘输入电路主要是用来输入数据，从而实现人机交互。该系统的键盘设计是采用扫描方式实现的矩阵键盘。该矩阵扫描键盘由行线和列线组成，键盘的行线作为键盘的控制输出端，键盘的列线作为键盘的输入端。键盘的列线通过上拉电路将两个管脚拉高，这样在没有按键按下的情况下，这两个管脚的电平为高电平，如果有按键按下，则相应的列线管脚为低电平，从而触发中断进入中断服务程序，进而获得输入的数据。2.1.4 显示电路部分设计系统的显示电路采用的是简单的LED显示方式，这样的方式能满足该系统的要求，也可以减低系统的成本。该显示电路直接与单片机的数据I/O口进行连接，由于MSP430F149具有丰富的I/O口资源，这样采用并

6、行的接口方式非常容易，减小了系统设计的复杂度，也可以增加系统的可靠性。2.1.5 报警电路部分设计该部分电路主要是驱动一个蜂鸣器，这样只需要将蜂鸣器的一端接地，另外一端与单片机进行相连就可以了，考虑到MSP430F149的驱动能力，需要加一个放大电路。为了减少电源的输入纹波对放大电路的影响，在电源的管脚增加一个0.1uF的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。图2为报警电路。图2  报警电路2.1.6 温度采集电路部分设计该系统的温度采集部分是采用MAX6613温度传感器来采集温度数据，该芯片具有宽电压供电、较高的精度、大的测量范围、较小的封装等特点。如图3：图3  温度

7、采集电路由图可以看出，该采集电路具有简单、实用等特点。为了减少电源的输入纹波对采集电路的影响，在电源的管脚增加一个0.1uF的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。2.1.7 单片机电路部分设计单片机电路作为整个系统的核心控制部分，主要是完成与其他电路的接口，从而获得数据进行处理，将处理的结果采用某种方式表示出来，比如显示或报警。单片机的接口电路非常简单，分别采用单片机的一般I/O口实现与其他电路的连接，在单片机的时钟设计上与其他单片机有一定的区别，MSP430F149单片机采用两个时钟输入，一个32kHz的时钟信号，一个8MHz的时钟信号。该系统的时钟部分都是采用晶体振荡器实现的。考虑到电

8、源的输入纹波对单片机的影响，在电源的管脚增加一个0.1uF的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰。3 系统软件设计本系统的软件主要包括采集模块、输入模块、显示模块、报警模块和主处理模块。采集模块重要是获得MAX6613温度传感器的数据，该部分主要是通过MSP430F149片内的A/D转换来完成数据的采集任务，采集的模拟参考电压采用片内的参考电压。系统的输入部分为矩阵扫描键盘。P1.0和P1.1构成了键盘的列线，P1.2、P1.3、P1.4、P1.5和P1.6构成了键盘的行线。显示电路直接与单片机的数据I/O口进行连接。P4.0P4.6是用来显示数据，P2.1是用来控制小数点的显示，P2.2、

9、P2.3和P2.4是用来控制数码管的选通状态。报警处理相当简单，包括初始化端口和数据产生两个部分。主处理模块主要是将各个模块进行协调处理和实现数据交互。主处理模块首先完成初始化工作，初始化后进入循环处理，在循环过程中主处理获得采集模块的数据，并将数据进行处理，根据处理后的结果来进行显示或者报警。由于报警的上限和下限需要设置，另外考虑到对数据的保存，因此主程序先检查门限是否在FLASH里面有，如果没有则进行等待设置数据，设置完成后才进入下一步处理，也就是程序必须在有设置数据的情况下才能正常运行。具体的流程图如图4所示。图4  主流程图4小结:本文作者创新点是系统通过一个集成的传感器实现

10、温度采集报警系统具有设计简单、运行可靠等特点。并且单片机采用的是MSP430F149，该单片机的功耗非常低，别外加上采用的传感器具有很小的封装，这样该系统经过扩展改进可以用于手持设备。该系统的CPU采用MSP430F149也是考虑将来便于对硬件和软件进行升级扩展。比如，硬件系统中的单片机还有两个UART串口资源，因此该硬件系统可以进一步升级，实现可以与上位机进行通信的系统，也可以通过与MODEM连接来实现远程温度采集监控与报警系统。参考文献:1 袁昌立. 基于网络架构的智能火灾报警系统设计.微计算机信息，2007，1-1: 215-216.2 楼然苗，李光飞. 51系列单片机设计实例M.北京航空航天大学版社.3 史红，刘微，王宇飞，张刚无线局域网的