TMP275在手持式实时测温仪中的应用

摘 要:设计一种基于TMP275的手持实时测温仪,采用TI公司的低功耗单片机MSP430F149作为主控芯片,该系统采用I2C总线协议数字温度传感器TMP275对现场温度进行采集,通过低功耗液晶模块进行实时温度显示,该系统具有采集数据准确、抗干扰能力强、功耗低的特点,非常适合于对现场环境温度进行测量与采集。

关键词:MSP430F149;低功耗;TMP275;DS1302

中图分类号:TP274 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)03-125-03

Application of TMP275 in Handheld-based Real-time Thermometer

FAN Haijian

(Suzhou Vocational University,Suzhou,215104,China)

Abstract:A handheld-based real-time TMP275 thermometer is designed using TI′s low-power single-chip MSP430F149 as the master chip.The system,using TMP275 based on I2C bus protocol,realizes collection of temperature on site,and it displays real-time temperature through the low-power LCD Module.The system has characteristics of accurate data,anti-interference ability,low power consumption,and it suits for on-site real-time temperature measurement and collection.

Keywords:MSP430F149;low power consumption;TMP275;DS1302

0 引 言

在工业生产、日常生活的很多领域,经常要在现场对温度进行实时的采集、测量与记录,手持式实时测温仪是理想的选择。对于手持设备,功耗是必须要考虑的问题[1]。MSP430F149单片机[2]是TI推出的一种具有超低功耗16位FLASH单片机,特别适合于对功耗敏感的场合。利用MSP430Fl49单片机,可以简便快捷地构建一个低电压平台,通过各功能模块的智能运行管理和MCU功耗模式相结合,可以解决运行速度与低功耗设计之间的矛盾,将各功能模块的电流消耗降至最低状态。系统采用的实时时钟芯片、传感器芯片及存储模块均采用I2C总线模式,接口简单,易于编程。

1 系统设计框图

本设计的系统框图[3]如图1所示,设计采用TI公司的MSP430F149作为中央控制器,控制TMP275芯片温度的采集与处理,实时时钟芯片DS1302为系统提供准确的时间信息,通过控制键盘、显示模块显示时间与温度、状态等信息;E2PROM存储模块AT24C16可实时记录某一时间段的温度变化情况,LED指示灯则指示温度所处的状态;电源模块为控制系统提供符合要求的电源电压,系统要求的电压为3.3 V。

图1 系统框图

2 系统硬件设计

2.1 单片机控制电路

本系统的控制电路采用MSP430F149单片机,MSP430F149共有五种低功耗模式,即低功耗模式0(LPM0)至低功耗模式4 (LPM4),非常适合手持设备的低功耗要求,具体电路如图2所示。由图2可看出,单片机的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3作为通用I/O口接键盘,P4口和P3.5,P3.6,P3.7分别作为LCD液晶显示器的数据与控制连接端口;单片机的P5.1,P5.2接TMS275温度传感器芯片,P5.2,P5.3,P5.4接DS1302芯片引脚,P6.6和P6.7接AT24C16芯片引脚,三个芯片都使用软件模拟I2C总线协议,P6.3和P6.4接LED起指示作用。

图2 单片机电路

2.2 电源电路

由于MSP430系列单片机的工作电压一般是18~36 V,并且功耗极低,因此选用TI公司的TPS70633作为电源芯片。该电源芯片输出为3.3 V,电流为50 mA,完全能满足大多数低功耗应用场合的要求。图3为具体电路,由图3可以看出:该电路非常的简单,只需要简单的器件。为了使输出电源的纹波小,在输出部分用了一个2.2 μF和0.1 μF的电容,另外在芯片的输入端也放置一个2.2 μF的滤波电容,进一步减小干扰。

图3 电源电路

2.3 典型模块电路

2.3.1 实时时钟模块

系统采用芯片DS1302为手持测温仪提供实时时钟[4],该芯片是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟/日历和31 B静态RAM,可提供秒、分、时、日、月、年等时间信息。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式即I2C协议进行通信,具体电路如图4所示,仅需用到三个端口就可实现对该芯片的读写控制,工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1 mW。

2.3.2 温度传感器模块

系统采用的温度传感器为TI公司的TMP275[5],图5为温度传感器电路,该器件的主要特性包括:50 μA功耗、9~12 b可编程分辨率、0.1 μA关机电流模式、整个温度范围内出色的稳定性以及 -40~+125 ℃的广泛工作温度范围。该器件还允许多达8个不同地址,以实现接口总线设计的高灵活性,电路中A0,A1,A2接地用于决定芯片的器件地址。温度传感器TMP275可直接输出数字信号,而无需对采样信号作信号调理和信号的模数转换,可以直接传输给单片机信号处理系统,测温精度±0.5 ℃。 TMP275两线串行接口[6](引脚SDL,SDA)与I2C总线接口兼容,可直接与其相连。

图4 芯片DS1302接口电路

图5 温度传感器电路

2.4 人机交互模块

由于系统所用按键较少,因此采用独立式键盘电路,按键电路硬件实现比较简单,具体接口如图6所示,单片机的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3分别接四个按键,可充分利用单片机P1口所带的中断功能,按键识别程序实现更加方便。四个按键分别为功能键,温度增、减键,功能确定键。功能键主要完成对实时时钟时间的设定,警示温度上下限的设置、实时温度的存储与调用显示等。警示温度的设定主要由系统所接的3个不同颜色的LED指示灯实现,其中绿灯表示测试温度正常,橙色灯表示接近警示温度,红灯表示超过警示温度,并不断的闪烁提示工作人员。

在本系统中,采用通用LCD液晶模块1602实现对实时时间、设定温度、实时温度及存储温度的显示。该液晶显示器为16字×2行的字符型液晶模块,以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点,在各类仪表和低功耗系统中得到广泛的应用。具体显示格式为年-月-日;S为温度上限-温度警戒限,示例如┍1所示。

表1 显示内容示例

09-07-01S:35-40

14:17:06-〉+32.5V

3 软件设计

MSP430采用C语言开发环境,大大提高了软件的开发的工作效率,提高了程序的可靠性、可读性及可移植性。主程序与中断程序流程如图6所示。

图6 系统程序流程图

系统主程序首先完成对系统主控制芯片,键盘,显示器,温度传感器、实时时钟、E2PROM芯片的初始化工作,接着读取温度传感器的温度值,并对读取温度进行处理,转换成可以在液晶显示器上可以显示的数据,调用温度显示程序进行显示。按键的处理放在中断系统中完成,通过对按键的判读,决定完成各项功能,如是否显示存储数据,是否修改温度的上下限,并在退出中断之前更新显示内容。

4 结 语

介绍了基于TMP275的手持式温度测试系统的实现,首先介绍了系统设计框图,然后介绍了系统的软硬件设计。系统也可再作改进,根据需要外接USB接口,实现温度数据的实时上传。系统采用的TI的低功耗MSP430单片机芯片,数字式的温度传感器,功耗得到了有效的控制,对于在功耗要求非常严格的场合有很好的应用前景。

参考文献

[1]李勇,汪小燕.温度传感器TMP275在家庭环境监控中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用,2008(2):39-41.

[2]沈建华,杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[3]秦龙.MSP430单片机常用模块与综合系统实例讲解[M].北京:电子工业出版社,2007.

[4]DALLAS公司.DS1302 Datasheet[EB/OL]..cn/88889/1054.pdf,2009.

[5]TI公司.TMP275 Datasheet[EB/OL]./lit/ds/symlink/tmp275.pdf,2009.

[6]赵秋.SPI总线温度传感器TMP122及其应用[J].传感器世界,2008,14(8):45-48.

[7]谢兴红,林凡强,吴雄英.MSP430单片机基础与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[8]胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[9]范风强,兰婵丽.单片机语言C51应用实战集锦[M].北京:电子工业出版社,2003.

[10]黄琦,王文海.基于MSP430F149的智能仪表的设计[J].自动化仪表,2006,27(8):26-28.