基于MSP430的温度控制报警系统

智能仪表课程设计基于MSP430F5438的温度检测报警系统20130508智能仪表课程设计2目录一功能介绍3二系统结构4三系统设计5四程序流程图10五设计总结12六程序代码13智能仪表课程设计31功能介绍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。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控等领域。本次的智能仪表设计是基于MSP430F5438的温度检测报警系统，采用的是一种改进型智能温度传感器DS18B20，生活中所用到的电器，家具设备，包括工业产品等对温度的要求日益增高，灵敏的温度控制报警系统已成为日常生活中必不可少的产品。例如冰箱的温控系统，锅炉等等，无不都用到了这一功能部件。对于此，我们设计了基于MSP430F5438单片机的温度检测报警系统，来模拟实现现实中的温度控制系统。该系统能够实现温度的测量，数据的显示与键盘输入，温度上下限的设置及报警功能，使用灵活，方便，能够满足基本的生产生活需求。智能仪表课程设计4二系统结构该系统主要由5大模块组成，其中包括DS18B20温度传感器模块，MSP430F5438单片机控制模块，LED显示模块，4X4矩阵键盘输入模块，报警模块。由温度传感器负责数据采集，经微处理器转换后由LED显示模块输出，同时由键盘模块负责输入温度报警的上下限。当到达设定的温度限定值时就报警。组成框图如下所示MSP430F5438单片机管脚图智能仪表课程设计5三系统设计1稳压电源设计整个系统采用33V供电，使用LT1117芯片形成稳压电源。电路原理图如下智能仪表课程设计62LED显示模块设计LED显示器是由8只发光二极管构成的8段数码显示显示器。采用共阳极数码管，接低电平时点亮相应LED灯。温度显示时显示2位整数，四位小数。其位选端分别与MSP430F5438的P62P67相连，显示端分别与单片机的P40P47相连。温度传感器返回的是11位的二进制数值，需要逐位进行转换。一共11位数据，7位作为整数部分，4位作为小数部分，每次取出一位，若为第一位，若为1，则其值为00625，因此设置相应的数码管显示，再取出第二位，若为1，则其十进制0125，累加上去，一次类推，最后完成整个温度的数码转换。同时在显示温度时采用的是动显温度，是通过看门狗定时器来实现的，设置看门狗定时器为19MS中断，当时间到达时自动进入中断实现移位显示。硬件原理图如下智能仪表课程设计73键盘输入模块设计4X4矩阵键盘由行线和列线组成，P10P13为行线，P54P57为列线。键盘的行线作为键盘的控制输出端，键盘的列线作为键盘的输入端。同时考虑到P1端口具有中断功能，因此键盘的处理程序可以由中断产生。键盘的列线通过上拉电路将两个管脚拉高，这样在没有按键按下的情况下，该两个管脚的电平为高电平，如果有按键按下时，相应的列线管脚为低电平，这时通过设置P1口为中断方式，低电平就出发中断而进入中断服务子程序，从而获得输入的数据。键盘的功能为输入数值，其功能面板如下09为10个数字键；UPSET为上限温度设定选择键，完成上限温度位选功能；DSET为下限温度设定选择键，完成上限温度位选功能；UPS为上限温度设定完成确定键；DWS为下限温度输入完成确定键。电路原理图如下智能仪表课程设计84温度采集模块设计温度采集模块采用的是DS18B20温度传感器，端口要与单片机的P30口相接，用数据总线供电，电压范围为30V至55V，测量温度范围为55至125，精度为05。此模块包括初始化端口和数据产生两个部分，初始化端口部分只要设置相应的端口为输出方向，数据输出只要执行相应的输出操作即可。在扫描检测温度情况是用到了TIMERB的中断处理，用3MS中断，每过3MS检测一下温度是否在设定的范围内，若不在，则实行相应的报警参数设置，返回后，主程序通过判断报警参数实行相应的报警操作。硬件原理图如下DS18B20的初始化智能仪表课程设计91先将数据线置高电平“1”。2延时（该时间要求的不是很严格，但是尽可能的短一点）3数据线拉到低电平“0”。4延时750微秒（该时间的时间范围可以从480到960微秒）。5数据线拉到高电平“1”。6延时等待（如果初始化成功则在15到60毫秒时间之内产生一个由DS18B20所返回的低电平“0”。据该状态可以来确定它的存在，但是应注意不能无限的进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时控制）。7若CPU读到了数据线上的低电平“0”后，还要做延时，其延时的时间从发出的高电平算起（第（5）步的时间算起）最少要480微秒。8将数据线再次拉高到高电平“1”后结束。DS18B20的写操作1数据线先置低电平“0”。2延时确定的时间为15微秒。3按从低位到高位的顺序发送字节（一次只发送一位）。4延时时间为45微秒。5将数据线拉到高电平。6重复上（1）到（6）的操作直到所有的字节全部发送完为止。7最后将数据线拉高。DS18B20的读操作1将数据线拉高“1”。2延时2微秒。3将数据线拉低“0”。4延时15微秒。5将数据线拉高“1”。6延时15微秒。7读数据线的状态得到1个状态位，并进行数据处理。8延时30微秒。5报警模块设计智能仪表课程设计10报警装置由蜂鸣器和LED灯组成，蜂鸣器的一段接地，另一端与单片机的P61口相接。通过I/O口上送出数据来驱动蜂鸣器，LED灯通过端口送出数据就可以。此模块包括初始化端口和数据产生两个部分，初始化端口部分只要设置相应的端口为输出方向，数据输出只要执行相应的输出操作即可。在扫描检测温度情况是用到了TIMERB的中断处理，用3MS中断，每过3MS检测一下温度是否在设定的范围内，若不在，则实行相应的报警参数设置，返回后，主程序通过判断报警参数实行相应的报警操作。硬件原理图如下4程序流程图智能仪表课程设计111主模块程序设计包括各端口，键盘，还有时钟的初始化操作，然后就一个WHILE（）循环，实现动显温度值，同时用于判断温度报警参数实现温度报警，其他就当相应的中断产生时转到相应的中断服务子程序中执行操作。否是非1，2，31，2或3是否是否键盘中断P1_ISR按键输入程序开始初始化时钟初始化各硬件外围模块端口初始化键盘使能打开初始化看门狗定时器，19MS中断，用于动显初始化TIMERA，用于延时初始化TIMERB，用于报警判断WHILE（）主循环看门狗中断WATCHDOG_TIMER（）动显温度数值TIMERB中断TIMER_B温度数据比较处理UPRIN，DWRING执行相应报警程序智能仪表课程设计122按键中断服务子程序设计3温度传感程序设计是看门狗使能关闭，定时器中断使能关闭，全局使能关闭KEY_EVENT按键键值获得程序KEY_FLAG1KEY_VAL是否KEY_VAL11上限温度设定程序KEY_VAL10下限温度设定程序看门狗中断开，定时器终端开开始初始化DS18B20初始化成功否输入转换温度指令，转换温度杜温度数值，11位数据键盘初始化开始智能仪表课程设计13五、设计总结此系统采用了集成度高、功耗低的MSP430F5438为核心微处理器，通过传感器DS18B20实现了对温度的测量，显示与键盘输入功能，该系统的设计过程较为简单，但程序的调试过程较为繁琐，特别是DS18B20的初始化过程，在键盘的中断服务子程序的调试过程中，也遇到了些问题，但最终都较好的解决。此次的设计对我们掌握MSP430F5438单片机的基本操作有着很大的帮助，对单片机的管脚有了更进一步的认识，充分的在实践中学到了知识。通过此次温度检测报警系统的设计，可以联想到通过此设计思路还能完成诸如流量、压力、液位等参数的测量报警系统。因为是初次进行单片机的设计，此系统的功能还比较少，在以后的设计中，还可以加强系统的功能，使其能够适应生产生活各种环境下的检测报警。智能仪表课程设计14六程序代码DS18B20处理子程序TYPEDEFUNSIGNEDCHARUCHARTYPEDEFUNSIGNEDINTUINTDEFINEDQ1P3OUT|BIT0DEFINEDQ0P3OUTUNSIGNEDCHARINIT_18B20VOIDVOIDWRITE_18B20UNSIGNEDCHARWDATAUNSIGNEDCHARREAD_18B20VOIDVOIDSKIPVOIDVOIDCONVERTVOIDVOIDREAD_SPVOIDUNSIGNEDINTREADTEMPVOIDUNSIGNEDINTDO1CONVERTVOID实现N个微秒的延时VOIDDELAYNUSUINTNCCR0NTACTL|MC_1/增计数到CCR0WHILETACTL/判断溢出标志位，等待TACTL/停止计数TACTL/清除中断标志对DS18B20进行复位操作返回值初始化状态标志1失败，0成功UCHARINIT_18B20VOID智能仪表课程设计15UCHARERROR_DINTDQ0DELAYNUS500DQ1DELAYNUS55P3DIR_NOPIFP3IN/初始3化失败P3DIR|BIT0ELSEERROR0/初始化成功P3DIR|BIT0DQ1_EINTDELAYNUS400RETURNERROR向DS18B20写入一个字节的数据VOIDWRITE_18B20UCHARWDATAUCHARI_DINTFORI0I1/右移一位DELAYNUS50/延时50USDQ1DELAYNUS10/延时10US_EINT从DS18B20读取一个字节的数据UCHARREAD_18B20VOIDUCHARIUCHARTEMP0_DINTFORI0I1DQ0DELAYNUS6/延时6USDQ1DELAYNUS8/延时9USP3DIR_NOPIFP3INDELAYNUS45/延时45USP3DIR|BIT0DQ1智能仪表课程设计17DELAYNUS10/延时10US_EINTRETURNTEMP发送跳过读取产品ID号命令VOIDSKIPVOIDWRITE_18B200XCC发送温度转换命令VOIDCONVERTVOIDWRITE_18B200X44发送读SCRATCHPAD命令VOIDREAD_SPVOIDWRITE_18B200XBE从DS18B20的SCRATCHPAD读取温度转换结果UINTREADTEMPVOIDUCHARTEMP_LOWUINTTEMPTEMP_LOWREAD_18B20/读低位TEMPREAD_18B20/读高位TEMPTEMP0IDELAYNUS60000/延时800MS以上DOIINIT_18B20WHILEISKIPREAD_SPRETURNREADTEMP键盘处理子程序行列式键盘检测输入用户按键事件输出存放用户输入的键值UNSIGNEDCHARKEY_PRESSED,/是否有键值按下KEY_VAL0XFF,/存放键值KEY_FLAG/是否一个按下的按键已经松开/即是按键的键值可以读取智能仪表课程设计19UNSIGNEDCHARKEY_MAP16/设置键盘逻辑键值与程序计算键值的映射0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15UNSIGNEDCHARTMP0X0F初始化键盘设备VOIDINIT_KEYBOARDVOIDP1DIRP1DIRP1DIRP1DIR/设置P10P13为输入模式P5DIR|BIT4P5DIR|BIT5P5DIR|BIT6P5DIR|BIT7/设置P54P57为输出模式P5OUT/P54P57输出值清零KEY_FLAG0/初始化KEY_FLAGKEY_PRESSED0/初始化KEY_PRESSEDTMP0X0F延迟，用于消除抖动VOIDDELAYUNSIGNEDCHARTMPFORTMP0XFFTMP0TMPCHECK_KEY,检查按键，确认键值VOIDCHECK_KEYVOIDUNSIGNEDCHARROW,COL,TMP1,TMP2/TMP1用来设置P5OUT的值，使P54P57中有一个为0智能仪表课程设计20TMP10X80FORROW0ROW1/TMP1右移一位IFP1IN/TMP2右移VOIDKEY_EVENTVOIDP1DIR/P10P13设置为