智能监测报警温控仪课程设计.docx

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智能监测报警温控仪课程设计

仪器设计实验报告

作业题目：

智能监测报警温控仪

学院名称：

xx学院

专业班级：

xx班

学生姓名：

xx

学号：

xx

小组成员：

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

完成时间：

xxxxx

任课教师：

xxxxx

目录

1.绪论3

1.1智能温度控制仪器的现状和意义3

2.方案设计总体论证3

2.1MSP430G2553的简介4

2.2DS18B20的介绍5

3.硬件设计7

3.1MSP430G2553的工作原理7

3.2总体方案设计8

3.3总原理图9

4.程序设计10

4.1元器件清单10

4.2程序流程图10

4.3软件代码11

5.调试21

6.心得体会21

7.设计与调试过程中的问题及解决办法22

参考文献23

致谢23

1.绪论

1.1智能温度控制仪器的现状和意义

温度是工业对象中主要的被控参数之一，如冶金、机械、食品、化工各类工业生产中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的温度处理要求严格控制。

随着科学技术的发展，要求温度测量的范围向深度和广度发展，以满足工业生产和科学技术的要求。

温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。

随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。

在控制领域中，对温度的控制有着举足轻重的作用。

例如陶瓷的烧烤，只有控制住温度的适度，才能制作出一件完美的艺术品，否则只是一件废品；还有如酿酒的过程，也需要对温度进行控制。

可见，在生活的许多方方面面都有着对温度进行感知和控制的需要。

温度是一种最基本的环境参数，它是与人类的生活、工作关系最密切的物理量，也是各门学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理量。

从工业炉温、环境气温到人体温度；从空间、海洋到家用电器，各个技术领域都离不开测温和控温。

因此，研究温度的测量和控制方法具有重要的意义。

大多数温度报警装置精度高，适用于大多数工业生产以及教育教学领域。

2.方案设计总体论证

本设计主要利用了MSP430G2553芯片内部的ADC10功能配置，结合DS18B20温度传感器来测量环境中的温度，将所测数值在LCD5110串行显示。

当三极管感受到的温度超过设定的最大值，便会触发蜂鸣器报警，并且驱动电机来降低温度。

同理低于最大值时电机停止转动。

按照此思路，该装置能够实现对温度的实时监测和控制，满足实验要求。

2.1MSP430G2553的简介

德州仪器（TI）的MSP430系列超低功率微控制器包含几个器件，这些器件特有针对多种应用的不同的外设集。

这种架构与5种低功耗模式相组合，专为在便携式测量应用中延长电池的使用寿命而优化。

该器件具有一个强大的16位RISCCPU、16位寄存器和有助于获得最大编码效率的常数发生器。

数字控制振荡器（DCO）可在不到1µs的时间里完成从低功耗模式至运行模式的唤醒。

MSP430G2x13和MSP430G2x53系列是超低功耗混合信号微控制器，具有内置的16位定时器、多达24个支持触摸感测的I/O引脚、一个通用型模拟比较器以及采通用串行通信接口的内置通信能力。

此外，MSP430G2x53系列成员还具有一个10位模数（A/D）转换器。

下图2-1为MSP430G2553引脚图：

图2-1MSP430G2553引脚图

2.2DS18B20的介绍

DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5°C。

可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。

分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EPROM中，掉电后依然保存。

温度传感器DS18B20引脚如图2-2所示。

8引脚封装TO－92封装

图2-2温度传感器

引脚功能说明：

NC：

空引脚，悬空不使用；

VDD：

可选电源脚，电源电压范围3~5.5V。

当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

DQ：

数据输入/输出脚。

漏极开路，常态下高电平。

GND：

为电源地

光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。

64位光刻ROM的排列是：

开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。

光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:

用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。

这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。

例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。

暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。

第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。

第六、七、八个字节用于内部计算。

第九个字节是冗余检验字节。

该字节各位的意义如下：

TMR1R011111

低五位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。

在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。

R1和R0用来设置分辨率，如表1所示：

（DS18B20出厂时被设置为12位）

表1DS18B20温度转换时间表

R1

R0

分辨率/位

温度最大转向时间

0

0

9

93.75

0

1

10

187.5

1

0

11

375

1

1

12

750

根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：

每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。

复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右，后发出60～240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。

3.硬件设计

3.1MSP430G2553的工作原理

图3.3MSP430G2系列Launchpad开发板实物图

基于名为Launch Pad，MSP-EXP430G2低成本实验板是一款适用于TI最新MSP430G2XXX犀利产品的完整开发解决方案。

基于USB的集成型仿真器可提供全系列MSP430G2XX器件开发应用所必备的所有软件、硬件。

LunchPad具有集成的DIP目标插座，可支持多达20个引脚，从而使MSP430ValueLine器件能够轻松插入LaunchPad实验板电路。

此外，其还可支持板上FLASH仿真工具，以直接连接至PC轻松进行编程、调试和评估。

LunchPad实验板还能够对eZ430-RF2500T目标板、eZ430-Chronos手表模块或eZ430-F2012T/F2013T目标板进行编程。

此外，他还提供了从MSP430G2XX器件到主机PC或者相连目标板的9600波特UART串联连接。

MSP-EXP430G2采用IAREmbeddedWorkbench集成开发环境或者CodeComeposerStudio下编写、下载、调试应用。

调试器是非侵入式的，这使用户能够借助可用的硬件断点和单步操作全速运行应用，而不消耗其他硬件资源。

MSP-EXP430G2LauchPad特性

·USB调试与编程接口无驱动可安装使用，具备9600波特率的UART串行通信速度

·支持所有采用DIP14和DIP20封装的MSP430G2XX和MSP430F20器件

·分别连接到绿光和红光LED的两个通用数字I/O引脚可以提供视觉反馈

·两个按钮可以实现用回反馈和芯片复位

·器件引脚可以通过插座引出，即可方便用于调试，也可用添加定制的扩展板

·该质量的20引脚DIP插座，可以轻松的插入或者拔出目标器件

下图3.4为msp430g2553开发板原理图

图3.4msp430g2553最小系统

3.2总体方案设计

通过上述方案的论证，该智能温度显示报警控制装置基本能够满足实验的要求，在MSP430G2553芯片的功能配置和协调下，与其他模块搭建来完成。

由温度传感器DS18B20实时测量环境中的温度，该温度主要由三极管感受到的人体体温来模拟，然后在LCD5110显示出来，当该温度超过了设定的最大温度值时，蜂鸣器开始报警同时电机转动降温，直至温度小于最大值。

其信号流程图如下所示。

图3.1整体设计框图

3.3总原理图

图3-3工作原理图

4.程序设计

采用ccs编译所编写的软件，并且根据实际需要来完成各模块程序的编写，再进行复杂的调试。

4.1程序流程图

图4.1主程序流程图

4.2元器件清单

如下表所示

表1

名称和型号

数量

备注

MSP430G2553芯片

1

LCD5110

1

直流电动机

1

DS18B20

1

1K电阻

1

5K电阻

1

三极管9013

1

三极管8550

1

蜂鸣器

1

4.3软件代码

/****************************************************************

*项目：

智能温度监测显示报警控制仪*

*设计者：

卢国臣

分别利用了MSP430G2553的P1.1P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7以及P2.0P2.1P2.2接口来完成实验*

*时间:

2014.6.10*

*****************************************************************/

#include"msp430g2553.h"

#defineCPU_CLOCK800000

#definedelay_us（us）__delay_cycles（CPU_CLOCK/1000000*（us））//__delay_cycles

（1）delay1us

#definedelay_ms（ms）__delay_cycles（CPU_CLOCK/1000*（ms））

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

/**********************************************************************

*宏定义名称：

5110宏定义

*宏定义功能：

配置nokia5110与单片机连接引脚及函数声明

*******************************************************************