基于MSP430和DS18B20的智能温度检测系统的设计

1、引言随着设备的电气化和自动化程度不断提高，对设备和环境进行实时监控显得尤为重要。

传统的测温器件热敏电阻测出的一般是电压，需要再转化为相应的温度，这就要有其它的外部硬件的支持。

因此硬件电路比较复杂，设计成本也比较高。

本智能温度检测系统采用的是一种改进型智能温度传感器DS18B20，数字温度传感器通过单总线与单片机连接，系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，也可应用于仓库测温、高层空调控制和农业生产过程监控等领域。

2、温度检测系统硬件构成该温度检测系统由主控制器MSP430F149、存储模块AT24C02、液晶显示模块HTM1602A、语音报警模块ISD1420、矩阵键盘和单总线接若干温度传感器DS18B20组成。

系统硬件框图如图1所示。

由图可见，多点温度测量电路只占用了M SP430F149的一个普通IO口，系统资源利用率较高。

图1系统硬件总体电路图2.1DS18B202.1.1DSl8B20的内部结构DS18B20的内部结构如图2所示[1]，主要由四部分组成：光刻ROM、温度传感器、非易失性的温度报警触发器TH和TL配置寄存器。

DS18B20可以有多种封装形式，在TO-92封装中，如图2（a）所示，GND 为接地引脚，DQ为数据输入/输出引脚，VDD为可选的外部电源供电引脚，在寄生电源工作方式下接地。

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。

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。

2.1.2DS18B20的工作过程访问DS18B20的工作顺序通常为：初始化，发送ROM操作命令，发送RAM操作命令。

通过初始化复位工作使主设备知道传感器DS18B20存在并准备工作。

通过发送ROM命令可以知道某个特定的DS18B20是否存在并且是否超过温度警界值。

共有5种ROM操作命令，分别是读ROM(33H)、匹配ROM(55H)、搜索ROM(FOH)、跳过ROM (CCH)、告警搜索命令(ECH)。

通过发送RAM操作命令，可以设定电源供电方式，启动温度转化，读写DS18B20的暂存区。

共有6种功能命令，分别是转换温度(44H)、读暂存区(BEH)、写暂存区(4EH)、复制暂存区(48H)、重调EEPROM(B8H)、读电源供电方式(B4H)。

每条命令有不同代码，在总线上传送时，由器件根据接收的命令代码完成相应的操作。

因此DS18B20的单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙要求[1]。

图2（a）DS18B20TO-92封装图（b）DS18B20内部结构图2.2MSP430F149该系统采用美国TI公司生产的16位带闪存的单片机MSP430F149[2]作为主控芯片。

该芯片工作电压是1.8伏至3.6伏，它的优点有:处理能力强、运行速度快、功耗低；芯片内有数量较多的寄存器，存储器可以进行多种运算；MSP430F149有较多中断源，还可以随意的嵌套；用中断请求唤醒处于省电状态的系统只需6微秒；具有很多外围器件，16位定时器TimerA有4种工作模式，可以同时进行多个捕获/比较功能；具有48个可独立编程的输入/输出接口；具有微秒ART0与微秒ART1串行通信接口；具有多达60KB的闪存存储器，可有10万次擦写次数。

该款芯片的超低功耗和良好的性能价格比使其非常适合工业监控领域。

2.3语音报警模块系统使用语音报警的方式对温度超限报警。

由ISD1420芯片控制语音报警，此芯片具有分段录放功能，每次分段录放的时间为20秒。

被测温度由MSP430单片机预先判断，当测量值低于或高于标准温度值时，系统会放出预先录制好的相应温度语音，这样就实现了温度报警功能。

2.4温度显示模块液晶显示模块HTM1602A是基于S6A0069芯片构建的2行l6列字符型的LCD液晶显示模块，其字符显示的分辨率是5×8(即每个字符是由一个5×8的点矩阵构成)。

基于S6A0069所编写的控制程序亦可以很方便地应用于其它大部分字符型液晶显示模块。

因此选用HTM1602A模块显示系统的测温结果。

2.5数据存储模块系统采用的存储芯片是CAT24WC64。

这种芯片是一个64k位串行CMOS EEPROM，它的内部含有8192个8位字节，具有一个32字节的写缓冲器，该器件具有一个专门写保护功能，通过I2C总线接口进行操作。

测温系统采用CAT24WC64用来集中记录单总线上所有温度传感器的注册信息，即按地址顺序存放DS18B20的64位光刻ROM序列码。

每个序列码占用8字节空间，系统管理程序会以8字节为基数计算传感器注册码的地址序号，并反馈给用户作为传感器的标识号。

2.6串口通信接口电路设计将MSP430F149采集的测试温度数据传输至上位机，利用MSP430的通讯接口连接到RS232串行口上，来进行接收或发送数据和指令，因为RS232和单片机的TTL电平不兼容，因此系统使用了MAX232进行电平转换，其接口电路图如图3。

MSP430有两组通讯接口，UTXD0，URXD0和UTXD1，URXD1，这里用的是第一组。

MSP430F149单片机3.3V的信号由UTXD0出来输入到M AX232的T1IN脚，转换成±15V的信号由T1OUT送到通讯标准接头的2脚(RXD)，±15V的信号由通讯标准接头的3脚(TXD)出来输入到MAX232的R1IN脚，转换成±15V的信号由R10UT送到单片机的URXDO[3]。

基于MSP430和DS18B20的智能温度检测系统的设计郑州牧业工程高等专科学校信息工程系焦阳张彤［摘要］介绍了一种以16位单片机MSP430F149为控制核心，利用数字化温度传感器DS18B20实现温度测量的智能温度检测系统.详细论述了该系统的硬件组成和软件设计，给出了关键部分的电路图，相应的MSP430F149单片机温度测量程序.实验结果表明,该智能温度检测系统具有低成本、可靠性高、结构简单、性能稳定、经济实用等特点，可根据不同需要可应用于多种工农业温度检测领域.［关键词］MSP430F149DS18B20温度检测系统94——图3MSP430F149与PC 机的串行接口电路3、温度检测系统软件设计3.1下位机编程系统程序设计包括主程序，复位子程序，报警和分辨率设置子程序，温度转换子程序，读温度子程序，计算温度和显示温度子程序等等。

MSP430F149对DS18B20的访问流程是：先对DS18B20初始化，再进行ROM 操作命令，最后才能对存储器RAM 操作[4]。

程序流程图如图4所示。

下面就简要地介绍MSP430系列单片机C 语言的几个主要子程序。

图4程序流程图3.1.1复位子程序该程序[5]的主要功能是负责DS18B20的复位，以便方便地进行以后的操作。

复位要求主CPU 处理器将数据线下拉500μs ，然后将其释放，DS18B20收到此信号后再等待16～60μs 后，发出60～240μs 的存在低脉冲，主CPU 处理器收到此信号后表示复位成功。

bit ResetDS18B20(){unsigned char i;bit flag;DS18B20=0:for(i=0;i<200;i++);//保持低电平500μs DS18B20=1：for(i=O;i<30;i++);//等待60μs flag=DS18B20;//取DS18B20状态for(i=0;i<100;i++);//等300μs return flag;//flag=0复位成功，flag=1，复位不成功}3.1.2写一个字节子程序CPU 处理器将数据线从高电平拉至低电平后，就产生写起始信号，15μs 之内，将所写的位送到数据线上，DS18B20在之后的15～60μs 接收位信息。

在写下一个位之前至少要有1s 以上的高电平恢复时间；将以上过程[6]重复进行8次，即完成了一个字节的写操作。

void WRDS18B20(unsigned char data0){unsigned char I,j;for(j=0;j<8;j++){DS18B20=0;//高电平拉低到低电平，产生写起始信号for(i=0;i<1;i++);;DS18B20=data0&0x01;//15微秒内写一位for(i=0;i<20;i++);//等待60μs ，DS18B20完成采样DS18B20=1；//高电平恢复data0=data0>>1；//右移，为下一位准备}}3.1.3读一个字节子程序CPU 处理器将数据线从高电平拉到低电平1μs 以上，再拉高到高电平，产生读起始信号[7]。

15μs 之内，CPU 处理器读一位，读周期为60μs ，读下一个位之前至少要有1μs 以上的高电平恢复时间；将以上过程重复进行8次，即完成了一个字节的读操作。

unsigned char RDDS18B20(){unsigned char I,j,data0=0;bit temp;for(j=0;j<8;j++){DS18B20=0;//高电平拉到低电平1μs 以上for(i=0;i<l;i++);DS18B20=1;//再拉到高电平，产生读起始信号for(i=0;i<1;i++);temp=DS18B20;//15μs 之内读一位for(i=0;i<20;i++);//等60微秒data0=dataO>>1;//为下一位准备if(temp==1)data0=dataO|0x80;else data0=data0&0x7f;DS18B20=1;//高电平恢复for(i=O;i<1;i++);}return data0;}3.2上位机软件编程系统采用MSCOMM 控件来实现VC++和单片机之间的数据交换，使用M SCOMM 控件可以通过事件来处理串行口的交互，控件的MSCOMM 事件负责捕获或处理通讯事件和通讯错误。

它具有程序模块化、实现简单、工作稳定可靠等优点，而且可以满足多数情况下的工控要求。

4、结束语测温系统采用了集成度高、功耗低的MSP430F149为核心微处理器，通过传感器DS18B20实现了对温度的测量，并进行存储和显示。

实验表明：当外界温度试验的范围设定在0～50℃,可确保测量误差不超过±0.5℃,在试验板上显示温度精确到0.0625℃,AD 转换的时间是750ms ,传输的距离是40m ，另外,在该系统的基础上也可以扩展其他信号,如湿度，压力等。