基于msp430超低功耗单片机温度控制器设计说明

1、 PAGE18 / NUMPAGES19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日基于msp430单片机的超低功耗智能护眼灯的设计实验目的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。实验容本智能护眼灯以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与控制功能。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

2、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：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：typedef struct PIDdouble SetPoint; /设定目标double Pr

3、oportion;/比例常数double Integral; /积分常数double Derivative;/微分常数double LastError;/Error-1double PrevError;/Error-2double 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-LastEr

4、ror - 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

5、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 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

6、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。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：光照减小低加PWM降低低加电阻减小光照增加电压减小图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：人远离开始工作有人体靠近待机图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

7、，设计较简单，不再叙述。程序设计程序流程图如图5.1所示。系统流程图如下：系统创新灯珠亮度自动可控，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。多模式选择，不同情景用不同模式。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。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。优秀的电池管理方案，更高效率，增长电池和灯珠寿命。自动调节亮度，更加有效利用电源，更加节能。图5.1产品性能测试实物作品放大部分数据(放大68倍)电桥输出电压（mv）5101520253035404550放大输出（mv）3456881023

8、1361171020382380272730653409理论值（mv）34068010201360170020402380272030603400（2）总个系统的测试数据AD采样（mv）626924112213191509170719112101229526932884307732753458公式温度34.441.145.449.854.158.563.167.471.780.784.989.393.897.9修正公式温度27.735.440.245.149.654.559.864.269.079.487.589.494.398.3实测温度27.835.440.145.149.754.559.

9、864.469.179.587.589.494.498.5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#defi

10、ne SID BIT1#define SCLK BIT2#define LCDPORT P2OUT#define SID_1 LCDPORT |= SID#define SID_0 LCDPORT &= SID#define SCLK_1 LCDPORT |= SCLK#define SCLK_0 LCDPORT &= SCLK#define CS_1 LCDPORT |= CS#define CS_0 LCDPORT &= CS#define CLK BIT3#define SH_LD BIT4#define QH BIT5/#define KEYPORT P2OUT#define CLK_

11、1 LCDPORT |= CLK#define CLK_0 LCDPORT &= CLK#define SH_LD_1 LCDPORT |= SH_LD#define SH_LD_0 LCDPORT &= SH_LD#define CPU_F (double)1000000) #define delay_us(x) _delay_cycles(long)(CPU_F*(double)x/1000000.0) #define delay_ms(x) _delay_cycles(long)(CPU_F*(double)x/1000.0)unsigned char a= 欢迎使用 ;unsigned

12、 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,uch

13、ar 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; ADC10_init(); P2SEL

14、= 0 x00; P2DIR = BIT0 + BIT1 + BIT2; P2DIR |= CLK + SH_LD; /P2.3，P2.4为输出 P2DIR &= QH; /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 = 0 x01; P1OUT = BIT0; delay_ms(50); ADC10CTL0 |= ENC + ADC10S

15、C; /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 & 0 xf0; low4bits = cm

16、d & 0 x0f; lcdcmd=(ulong)0 xf816)+(ulong)high4bits8)+(ulong)low4bits4); CS_1; SCLK_0; for(i=0;i24;i+) SID_0; if(lcdcmd & 0 x00800000) SID_1; lcdcmd =1; delay(3); SCLK_1; delay(3); SCLK_0; CS_0;void write_dat(uchar dat) uchar i,high4bits,low4bits; ulong lcddat; high4bits = dat & 0 xf0; low4bits = dat

17、 & 0 x0f; lcddat=(ulong)0 xfa16)+(ulong)high4bits8)+(ulong)low4bits4); CS_1; SCLK_0; for(i=0;i24;i+) SID_0; if(lcddat & 0 x00800000) SID_1; lcddat =1; delay(3); SCLK_1; delay(3); SCLK_0; CS_0;void lcd_pos(uchar x,uchar y) uchar pos; switch(x) case 1:pos=0 x80;break; case 2:pos=0 x90;break; case 3:po

18、s=0 x88;break; case 4:pos=0 x98;break; default:pos=0 x80; pos += y; write_cmd(pos);void LCD_init(void) write_cmd(0 x30); delay(5); write_cmd(0 x0c); delay(5); write_cmd(0 x01); delay(5); write_cmd(0 x02); delay(5);uint keyscan() uint temp,temp_1 = 0 x00; uchar i,num_1,num_2,temp_2 =0 x00; /num来接受输出1

19、65的值(读取P2.5的值) SH_LD_0; /将165外部端口数据(键盘)装入部寄存器 delay_us(10); SH_LD_1; /抬高为移位准备 delay_us(10); for(i = 0;i 8;i+) temp_1 = 5; temp_1 |= num_1; CLK_1; delay_us(10); for(i = 0;i 8;i+) temp_2 = 5; temp_2 |= num_2; CLK_1; delay_us(10); temp_1 = 8; temp = temp_1 + temp_2; return temp;uint keyvalue(uint key_v

20、alue) switch(key_value) case 0 xfffe:value=13;break; /0 按下相应的键显示相对应的码值 case 0 xfffd:value=14;break; /1 case 0 xfffb:value=15;break; /2 case 0 xfff7:value=16;break; /3 case 0 xffef:value=9;break; /4 case 0 xffdf:value=10;break; /5 case 0 xffbf:value=11;break; /6 case 0 xff7f:value=12;break; /7 case 0

21、 xfeff:value=5;break; /8 按下相应的键显示相对应的码值 case 0 xfdff:value=6;break; /9 case 0 xfbff:value=7;break; /10 case 0 xf7ff:value=8;break; /11 case 0 xefff:value=1;break; /12 case 0 xdfff:value=2;break; /13 case 0 xbfff:value=3;break; /14 case 0 x7fff:value=4;break; /15 return value;void ADC10_init(void) AD

22、C10CTL1 = CONSEQ_0 + INCH_1; /单通道单次采样 + 选模拟输入通道A1 ADC10CTL0 = SREF_1 + ADC10SHT_2 + REFON + REF2_5V + ADC10ON + ADC10IE; /参考电压源VR+ = VREF+ = 2.5V ，VR- = AVSS +采集定时器分频系数N=4(Tsample=4 x Tadc12clk x N) +部参考电压发生器开+开ADC10核+ADC10中断允许 _EINT(); /开总中断 TACCR0 = 30; TACCTL0 |=CCIE; TACTL = TASSEL_2 + MC_1; /选择

23、SMCLK + 增计数模式 LPM0; /进入低功耗0，等待中断 TACCTL0 &= CCIE; /关闭中断 _DINT(); /关总中断 ADC10AE0 |= 0 x02; /P1.1(A1)为ADC10输入用，非I/O口用void LCD_show(void) lcd_pos(1,0); for(int i=0;i16;i+) write_dat(ai); lcd_pos(2,0); for(int i=0;i10;i+) write_dat(bi); lcd_pos(3,0); for(int i=0;i10;i+) write_dat(ci); lcd_pos(4,0); for(

24、int i=0;i10;i+) write_dat(ei);void temp_collect(void) uchar bai,shi,ge,bai_1,shi_1,ge_1; temperature = ADC10MEM; IntDegC = (3250*temperature-1)/(34443.48-0.49*temperature); temp_IntDegc =(long)( 250*temperature/1023); /IntDegC = 49.5*temperature-13.2; /IntDegC_1 = (long)(IntDegC*10); if(IntDegC =21.

25、4 & IntDegC =26.5 & IntDegC =31.9 & IntDegC =36 & IntDegC =37.5 & IntDegC =39.7 & IntDegC =44.8 & IntDegC =55 & IntDegC =65 & IntDegC 73 & IntDegC =80) IntDegC_1 = (long)(1.22*IntDegC*10-6.92*10); bai = IntDegC_1 /100; shi = IntDegC_1 % 100/10; ge = IntDegC_1 % 100%10; lcd_pos(3,5); write_dat(dbai);

26、 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 HEREvoid 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 & temp_set - IntDegC_1 =0 & temp_set - IntDegC_1 10 &