基于MSP430和VB的溫度監測系統設計

進(jìn)入21世紀，人們對科學(xué)生產(chǎn)、自動(dòng)化服務(wù)有了更深的認識，溫度監測更是在很多領(lǐng)域備受關(guān)注。傳統的實(shí)地數據測量局限于測量方法單一測量數據不連續，并且時(shí)效性差，隨著(zhù)計算機技術(shù)、嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，在線(xiàn)實(shí)時(shí)監控系統已經(jīng)越來(lái)越多的運用于我們的日常生活中，對提升生產(chǎn)生活水平具有重要意義。

近年來(lái)隨著(zhù)工業(yè)和農業(yè)現代化發(fā)展，智能化生產(chǎn)已經(jīng)是一種生產(chǎn)趨勢，高速發(fā)展的嵌入式技術(shù)是其中主要的推動(dòng)力。針對目前集群現場(chǎng)溫度采集，提出使用單片機自動(dòng)采集和上報溫度數據，省去人工采集環(huán)節，而且保證了數據實(shí)時(shí)性和完整性。而MSP430單片機由于具有超低功耗，低成本，處理能力強，運算速度快等特點(diǎn)，成為了工業(yè)數據采集的一個(gè)很好的選擇。

1 系統總體設計

溫度監測系統由1臺計算機，1片MSP430F149單片機作為主控芯片，若干DS18B20采集溫度組成，系統總體設計結構圖如圖1所示。

各監測點(diǎn)的DS18B20由單片機逐個(gè)發(fā)送相應指令負責采集現場(chǎng)溫度數據，然后通過(guò)RS232串口通訊發(fā)送給上位機，上位機負責接收和顯示采集到的溫度信息，并將采集到的溫度按時(shí)間先后繪成對應的折線(xiàn)圖，此外，可以通過(guò)上位機隨時(shí)發(fā)送召測指令獲取當前溫度數據。

2 監測系統硬件設計

2.1 溫度傳感器

溫度傳感器與單片機連接硬件結構如圖2所示。

溫度傳感器模塊采用DS18B20，工作電壓范圍是3.0～5.5 V，在寄生電源方式下可由數據線(xiàn)供電，它的測量溫度范圍為-55～+125℃，支持”一線(xiàn)總線(xiàn)”接口，每個(gè)DS18B20的光刻ROM中出廠(chǎng)前就被光刻64位序列號，可以看作是它的地址序列碼。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B 20都各不相同，這樣就可以實(shí)現一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)DS18B20的目的。

2.2 主控芯片選擇

主控芯片采用美國德州儀器公司的16位單片機MSP430F149，其工作電壓為1.8V～3.6V;CPU運行正交的精簡(jiǎn)指令集;MSP430F149具有5種低功耗模式;它還具有豐富的片上外圍模塊，其16位定時(shí)器Timer A具有4種工作模式，可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)捕獲/比較功能;2個(gè)串行通信接口

USART0與USART1;FLASH存儲器多達60 KB，擦寫(xiě)次數可達10萬(wàn)次。

2.3 電源模塊設計

電源模塊設計，主要采用輸出電壓固定的低壓差三端穩壓器LM2940將輸入8～12 V電壓穩壓至5 V輸出，由MSP430F149芯片的工作電壓決定需要再進(jìn)行一次穩壓，這里選用AMS1117的固定輸出3.3 V版，再將5 V電壓穩壓至3.3 V給主控芯片供電。具體穩壓電路如圖3、圖4所示。

2.4 通訊接口設計

RS232接口采用美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì ))與BELL等公司一起開(kāi)發(fā)并于1969年公布的通信協(xié)議。該總線(xiàn)廣泛使用在微機數據終端設備DTE和數據通信設備DCE之間。微機配備RS232接口不僅可以與多種儀器和外設連接，而且通過(guò)它還可以在兩臺微機之間進(jìn)行近程和遠程的通信。 RS232采用的是負邏輯，所要求的電平不是TTL電平，但系統的其它數字硬件都采用TTL電平，因此，兩者通信時(shí)，必須有相應的電平轉換電路。本系統采用MAX232接口芯片，它可以滿(mǎn)足TTL向RS232和RS232向TTL電平轉換的功能。

3 監測系統軟件設計

3.1 DS18B20軟件設計

本設計是多個(gè)DS18B20并聯(lián)監測各點(diǎn)溫度，所以每次采集溫度之前需發(fā)送讀取ROM指令讀取對應DS18B20的序列號，確定采集點(diǎn)，然后發(fā)送溫度轉換指令，等待溫度轉換完畢后，讀取所測定的溫度。具體程序流程如圖5所示。

3.2 下位機軟件設計

溫度檢測系統需要定時(shí)將采集到的溫度數據上報給上位機，本系統采用MSP430F149的16位定時(shí)器Timer B的增計數模式，當計數到跟TBC CR0一樣的時(shí)候，就返回0，重新計數，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷標志，觸發(fā)對應的計數中斷程序，將溫度數據發(fā)送給上位機;同時(shí)為了能隨時(shí)召測到實(shí)時(shí)溫度，若上位機向單片機發(fā)送指令，則觸發(fā)串口中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀取對應檢測點(diǎn)溫度并發(fā)送給上位機，或者將對應數值賦值給定時(shí)變量，若沒(méi)有檢測到串口中斷則進(jìn)入低功耗模式。具體程序流程如圖6、圖7所示。

3.3 上位機軟件設計

本系統上位機軟件是使用Microsoft公司的VisualBasic6.0編寫(xiě)，主要使用MSComm控件實(shí)現PC機和下位機進(jìn)行通信，將下位機測得的溫度上傳到PC機中，同時(shí)也通過(guò)上位機向下位機發(fā)送召測指令(本系統設計指令為255。)，獲取實(shí)時(shí)溫度;然后使用MSChart控件將上報的溫度數據依時(shí)間先后繪成折線(xiàn)圖，最后，用到timer控件，記錄溫度上報時(shí)間。

4 系統測試

首先打開(kāi)上位機軟件，點(diǎn)擊“打開(kāi)串口”按鈕打開(kāi)通訊端口，接著(zhù)給下位機上電，然后設置召測時(shí)間間隔，本系統測試時(shí)間設置為30分鐘，伴隨實(shí)時(shí)發(fā)送召測指令獲取當前溫度量，測試結果如圖8所示，對應溫度計測量結果如表1所示。

5 結論

結合溫度監測點(diǎn)集群分布的現場(chǎng)測試，利用MSP430F149主控采集各點(diǎn)溫度量，利用RS232通訊將數據傳送給上位機，最后通過(guò)上位機觀(guān)察監測數據和實(shí)際溫度計測量結果基本一致，實(shí)現了對集群現場(chǎng)溫度量的自動(dòng)召測，結果達到了預期要求。