基于MSP430的温度采集系统开题报告

毕业论文开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000 字左右的文献综述：

文献综述 一、题目背景和研究意义 温度是工业生产中最常见和最基本的参数之一，在生产过程中常需对温度进行实时监控。通常采用单片机完成对温度信息的存储、实时控制、检测以及数字显示。这对于提高企业生产效率、提升产品质量、节约能源等都有重要的作用。为此，本文设计了一种温度采集系统，选用DS18B20数字温度传感器和TI公司的 MSP430FG4618单片机作为主控制器[1]。 采用这种设计的温度采集系统，可以实现温度检测、信息存储、实时控制以及数字显示，对于提高企业生产效率、节约能源及资源都有重要的作用，具有很大的发展前景[1]。 二、温度传感器及温度测量的国内外发展现状 2.1 温度传感器的国内外发展现状 温度的测量方法通常分为两大类即接触式测温和非接触式测温。接触式测温是基于热平衡原理，测温时，感温元件与被测介质直接接触，当达到热平衡时，获得被测物体的温度，例如，热电偶，热敏电阻，膨胀式温度计等就属于这一类；非接触式测温基于热辐射原理或电磁原理，测温时，感温元件不直接与被测介质接触，通过辐射实现热交换，达到测量的目的，例如，红外测温仪、光学高温计等[2]。 常用的测温传感器有热电偶，热电阻，导体温度传感器等，由于科学技术的发展，现多使用集成温度传感器，这里选用的是DS18B20。 集成温度传感器可以分为三类：模拟集成温度传感器、模拟集成温度控制器、智能温度传感器。 智能式传感器是一个以微处理器为内核扩展了外围部件的计算机检测系统。相比一般传感器，智能式传感器有如下显著特点[3]： 1.提高了传感器的精度 智能式传感器具有信息处理功能，通过软件不仅可修正各种确定性系统误差(如

传感器输入输出的非线性误差、服度误差、零点误差、正反行程误并等)而且还可适省地补偿随机误差、降低噪声，大大提高了传感器精度。 2.提高了传感器的可靠性 集成传感器系统小型化，消除了传统结构的某些不可靠因素，改善整个系统的抗干扰性能；同时它有自诊断、自校淮和数据存储功能(对于智能结构系统还有自适应功能)，具有良好的稳定性。 3.提高了传感器的性能价格比 在相同精度的需求下，多功能智能式传感器与单一功能的普通传感器相比，性 能价格比明显提高，尤其是在采用较便宜的单片机后更为明显。 4.促成了传感器多功能化 智能式传感器可以实现多传感器多参数综合测量，扩大测量与使用范围;有一定的自适应能力，根据检测对象或条件的改变，相应地改变量程反输出数据的形式;具有数字通信接口功能，直接送入远地计算机进行处理；具有多种数据输出形式(如RS232 串行输批，PIO 并行输出，IEE-488 总线输出以及经D/A 转换后的模拟量输出等)，适配各种应用系统。 2.2 温度测量的国内外发展现状 虽然温度测量方法多种多样，但在很多情况下，对于实际工程现场或一些特殊 条件下的温度测量，比如对极限温度、高温腐蚀性介质温度、气流温度、表面温度、 固体内部温度分布、微尺寸目标温度、大空间温度分布、生物体内温度、电磁干扰 条件下温度测量来讲，要想得到准确可靠的结果并非易事，需要非常熟悉各种测量 方法的原理及特点，结合被测对象要求选择合适的测量方法才能完成。同时，还要 不断探索新的温度测量方法，改进原有测量技术，以满足各种条件下的温度测量需求[4]。 温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。

目前，红外温度仪因具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。表1 列出了常用的测温方法和特点，其中红外测温作为一种常用的测温技术显示出较明显的优势。 测温方法 温度传感器 测温范围（℃） 精度% 接触式 热电偶 -200~1800 0.2~1.0 非接触式 热电偶 -50~300 0.1~0.5 红外测温 -50~300 1 其它 示温材料 -35~2000 <1 表1 常用测温方法和特点 三、课题的基本技术原理 1. 基于MSP430 的温度采集系统的结构 本系统主要由DS18B20 温度传感器及MSP430 单片机两部分组成，其系统结构框图如图1 所示： DS18B20 温度传感器 报警模块 MSP430 按键输入模块 单片机 LCD 显示模块电源及复位模块 图1温度采集系统结构框图 上述各个模块的功能是： 传感器：将被测非电量即温度转换成电信号。温度传感器的种类很多，有热电偶、热电阻和热敏电阻等，这里选用的是DS18B20 集成温度传感器。 MSP430 微处理器：实现对从传感器输入的数字信号进行存储、控制及显示等功能。 按键输入模块：应用软件程序确定报警启动的上限温度及下限温度。

电源及复位模块：为整个系统提供电源及复位信号。 报警模块：当所测温度超过设定的上限温度或下限温度时启动，蜂鸣器报警。LCD 显示模块：显示当前所测得的温度值。 2. 温度传感器的选型 2.1 温度传感器的选型 本设计选用DS18B20 温度传感器，作为一种数字化温度传感器，DS18B20 测温时无需任何外部元件，可直接输出9~12 位（含符号位）的被测温度值，测温范围为-55?~+125℃；在-10~+85℃范围内测量精度为±0.5℃，输出测量分辨率可谓，最高可达0.0625℃；支持“单线总线”技术，仅需要占用一个通用I/O 端口即可完成与单片机的通信；现场温度直接以“单线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力。传感器DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果[5]。 2.2 DS18B20 的内部结构及管脚分布 DS18B20 主要由4 部分组成： 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器，如图2 所示。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多个DS18B20 的目的。高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL 或配置寄存器写入[6]。

DQ 存储器和逻辑控制 位 ROM 和 单 暂存器 温度传感器 线 端 上限触发TH 口 下限触发TL 8 位 CRC VDD 电 产 生 源 器 D 检 测 图2 DS18B20 的内部结构 DS18B20 数字温度计以9 位数字量形式反映器件的温度值。DS18B20 通过一个 单线接口发送或接收信息，因此在微处理器和DS18B20 之间仅需要一条连接线 （加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。 因为每个DS18B20 都有一个独特的片序列号，所以多只DS18B20 可以同时连接在 一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在HVAC 环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监控和控制等方面非常有用[7]。 GND：接地 DQ：数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路 VDD：可选的VDD 脚。 3. MSP430 的简介及功能特性 3.1 MSP430 的简介

MSP430 系列单片机是美国（）1996 年开始推向市场的一种16 位超 低功耗、具有（）的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。称 之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的、 模块和集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。该系列单片 机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中[8]。 3.2 MSP430 的功能特性[9-16] 低电源电压范围：1.8V 至3.6V 超低功耗：主动模式：400 微安在1MHz，2.2V 也可 待机模式：2.5 微安 关闭模式（RAM 保持）：0.35 微安 有5 种省电模式，待机到唤醒不到6us 如表2 模式 状态 低功耗模式0 LPM0 CPU 关闭，ACLK 和SMCLK 信号活动，MCLK 停止 低功耗模式1 LPM1 CPU 关闭，ACLK 和SMCLK 信号活动,MCLK 停止，若 没有被外围模块使用,DCO 发生器关闭 低功耗模式2 LPM2 CPU 关闭，MCLK 和SMCLK 停止，-ACLK 保持活动，DCO 发生器保持活动 低功耗模式3 LPM3 CPU 关闭，MCLK 和SMCLK 停止，-DCO 发生器停止， ACLK 保持活动 低功耗模式4 LPM4 CPU 关闭，MCLK 和SMCLK 停止，-ACLK 停止，DCO 发生器停止，晶体振荡器停 表2 MSP430 的5 种省电模式 16 位RISC 架构，扩展内存，125ns 指令周期时间 三通道内部DMA 12 位A/D 转换器具有内部参考，采样保持和自动扫描功能 电源电压监控器可编程电平检测 串行通信接口（USART1 的），选择异步UART 或同步SPI 的软件三个可配置运 算放大器 FALSH 存储模块主要特点： 编程可使用位、字节和字操作 可以通过JTAG、BSL 和ISP 进行编程

1.8V~3.6V 工作电压，2.7~3.6V 编程电压 数据保持时间从10 年到100 年不等 可编程次数从100 到 100,000 次 60K 空间编程时间<5 秒 保密熔丝烧断后不可恢复，不能再对JTAG 进行任何访问 FALSH 编程/擦除时间由内部硬件控制，无需任何软件干涉 参考文献： [1]王晓银，基于MSP430F149单片机的温度监测系统的设计[期刊论文]-微计算机信息，2006(22) [2]姜忠良，陈秀云.温度的测量与控制[M].北京:清华大学出版社,2005：26~27 [3]金永贤，智能化电子产品的低功耗设计[J]，华东交通大学学报，200l，18(1)：15-16． [4]叶湘滨、熊飞丽等.传感器与测试技术[M].北京：国防工业出版社，2008：285~28 [5]陈跃东，DS18B20集成温度传感器原理及其应用，2002(4) [6]Teaxs Instrument Inc MSP430xlxx family user's guide 2007 [7] 周云波，由DS18B20单线数字温度计构成的单线多点温度测量系统，1996(2) [8]祖静，新概念动态测试.动态测试技术专题，2006 [9]秦龙，MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲，2007 [10]TeaxslnstrumentIncMSP430x15x,MSP430x16x,MSP430x161xmixedsignalmicrocontroller 2007 [11]张文栋，存储测试系统的设计理论及其应用，2004 [12]沈建华、杨艳琴、翟骁曙，MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用，2008 [13]魏小龙，MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例，2002 [14]Teaxs Instrument Inc MSP430F16X/161Xdeviceerrata Sheet 2007 [15]胡大可，MSP430系列单片机C语言程序设计与开发，2003 [16]魏小龙，MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例，2002

２．本课题要研究或解决的问题和采用的研究手段（途径）：

一．本课题所要研究的问题： 如何设计一个温度采集及显示系统。1. 设计MSP430 单片机的最小工作系统及其外围模块电路；2. 学习DS18B20 温度传感器的单总线协议； 3. 调试各个功能模块的程序，使该系统能够测量并显示温度值；4. 检测系统的功耗。 二．本课题拟采用的研究手段： 拟设计的研究方案框图如图3 所示。 DS1B20 传感 时钟 复位系统 LED 显示及报警 Msp430 单片机 器 电源系统 图3方案的总体设计框图 该方案选用DS18B20 作为温度传感器、MSP430 为主控制器，并将温度值显示在LCD 显示屏上。传感器根据温度的变化输出一定的模拟数字信号，该信号进入MSP430 中，此过程需要系统内的定时器按照一定的频率控制不断循环运行，从而达到实时采集的目的，采集后的温度值存储于FLASH 中。最后，经LCD 液晶显示屏把温度显示出来，并在必要的时候报警。

三．相关软件环境和开发平台 软件平台：电路原理图、PCB 板图制作软件PROTEL 99SE；MSP430 相关的软 件编程环境 IAR 硬件平台：万用表、示波器、计算机等

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指导教师意见：

X同学通过检索大量的温度传感器及温度测量电路的相关论文资料，对本课题的研究背景、研究意义、国内外研究现状的相关理论都有了基本的了解。 本设计拟采用MSP430 芯片完成对温度的测量，同时涉及单片机最小系统及低功耗的设计。开题报告书写条理清晰、思路明朗、结构紧凑、有着重点。 该方案合理可行，同意开题。 指导教师： 年月日

所在系审查意见： 系主任： 年月日