TMP275在手持式实时测温仪中的应用

摘要：设计一种基于TMP275的手持实时测温仪，采用TI公司的低功耗单片机MSP430F149作为主控芯片，该系统采用I2C总线协议数字温度传感器TMP275对现场温度进行采集，通过低功耗液晶模块进行实时温度显示，该系统具有采集数据准确、抗干扰能力强、功耗低的特点，非常适合于对现场环境温度进行测量与采集。
关键词：MSP430F149；低功耗；TMP275；DSl302

0 引言
    在工业生产、日常生活的很多领域，经常要在现场对温度进行实时的采集、测量与记录，手持式实时测温仪是理想的选择。对于手持设备，功耗是必须要考虑的问题。MSP430F149单片机是TI推出的一种具有超低功耗16位FLASH单片机，特别适合于对功耗敏感的场合。利用MSP-430F149单片机，可以简便快捷地构建一个低电压平台，通过各功能模块的智能运行管理和MCU功耗模式相结合，可以解决运行速度与低功耗设计之间的矛盾，将各功能模块的电流消耗降至最低状态。系统采用的实时时钟芯片、传感器芯片及存储模块均采用I2C总线模式，接口简单，易于编程。

1 系统设计框图
    本设计的系统框图如图1所示，设计采用TI公司的MSP430F149作为中央控制器，控制TMP275芯片温度的采集与处理，实时时钟芯片DSl302为系统提供准确的时间信息，通过控制键盘、显示模块显示时间与温度、状态等信息；E2PROM存储模块AT24C16可实时记录某一时间段的温度变化情况，LED指示灯则指示温度所处的状态；电源模块为控制系统提供符合要求的电源电压，系统要求的电压为3．3 V。

2 系统硬件设计
2．1 单片机控制电路
    本系统的控制电路采用MSP430F149单片机，MSP430F149共有五种低功耗模式，即低功耗模式O(LPMO)至低功耗模式4(LPM4)，非常适合手持设备的低功耗要求，具体电路如图2所示。由图2可看出，单片机的P1．O，P1．1，P1．2，P1．3作为通用I／O口接键盘，P4口和P3．5，P3．6，P3．7分别作为LCD液晶显示器的数据与控制连接端口；单片机的P5．1，P5．2接TMS275温度传感器芯片，P5．2，P5．3，P5．4接DSl302芯片引脚，P6．6和P6．7接AT24C16芯片引脚，三个芯片都使用软件模拟I2C总线协议，P6．3和P6．4接LED起指示作用。

2．2 电源电路
    由于MSP430系列单片机的工作电压一般是l.8～3.6 V，并且功耗极低，因此选用TI公司的TPS70633作为电源芯片。该电源芯片输出为3．3 V，电流为50 mA，完全能满足大多数低功耗应用场合的要求。图3为具体电路，由图3可以看出：该电路非常的简单，只需要简单的外围器件。为了使输出电源的纹波小，在输出部分用了一个2．2μF和0．1μF的电容，另外在芯片的输入端也放置一个2．2μF的滤波电容，进一步减小干扰。

2．3 典型模块电路
2．3．1 实时时钟模块
    系统采用芯片DSl302为手持测温仪提供实时时钟，该芯片是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟／日历和3l B静态RAM，可提供秒、分、时、日、月、年等时间信息。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式即I2C协议进行通信，具体电路如图4所示，仅需用到三个端口就可实现对该芯片的读写控制，工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1 mW。

2．3．2 温度传感器模块
    系统采用的温度传感器为TI公司的TMP275，图5为温度传感器电路，该器件的主要特性包括：50μA功耗、9～12 b可编程分辨率、O．1μA关机电流模式、整个温度范围内出色的稳定性以及-40～+125℃的广泛工作温度范围。该器件还允许多达8个不同地址，以实现接口总线设计的高灵活性，电路中．AO，A1，A2接地用于决定芯片的器件地址。温度传感器TMP275可直接输出数字信号，而无需对采样信号作信号调理和信号的模数转换，可以直接传输给单片机信号处理系统，测温精度±0．5℃。TMP275两线串行接口(引脚SDL，SDA)与I2C总线接口兼容，可直接与其相连。
2．4 人机交互模块
    由于系统所用按键较少，因此采用独立式键盘电路，按键电路硬件实现比较简单，具体接口如图6所示，单片机的P1．0，P1．1，P1．2，P1．3分别接四个按键，可充分利用单片机P1口所带的中断功能，按键识别程序实现更加方便。四个按键分别为功能键，温度增、减键，功能确定键。功能键主要完成对实时时钟时间的设定，警示温度上下限的设置、实时温度的存储与调用显示等。警示温度的设定主要由系统所接的3个不同颜色的LED指示灯实现，其中绿灯表示测试温度正常，橙色灯表示接近警示温度，红灯表示超过警示温度，并不断的闪烁提示工作人员。
    在本系统中，采用通甩LCD液晶模块1602实现对实时时间、设定温度、实时温度及存储温度的显示。该液晶显示器为16字×2行的字符型液晶模块，以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各类仪表和低功耗系统中得到广泛的应用。具体显示格式为年-月-日；S为温度上限-温度警戒限，示例如表1所示。

3 软件设计
    MSP430采用C语言开发环境，大大提高了软件的开发的工作效率，提高了程序的可靠性、可读性及可移植性。主程序与中断程序流程如图6所示。

    系统主程序首先完成对系统主控制芯片，键盘，显示器，温度传感器、实时时钟、E2PROM芯片的初始化工作，接着读取温度传感器的温度值，并对读取温度进行处理，转换成可以在液晶显示器上可以显示的数据，调用温度显示程序进行显示。按键的处理放在中断系统中完成，通过对按键的判读，决定完成各项功能，如是否显示存储数据，是否修改温度的上下限，并在退出中断之前更新显示内容。

4 结语
    介绍了基于TMP275的手持式温度测试系统的实现，首先介绍了系统设计框图，然后介绍了系统的软硬件设计。系统也可再作改进，根据需要外接USB接口，实现温度数据的实时上传。系统采用的TI的低功耗MSP430单片机芯片，数字式的温度传感器，功耗得到了有效的控制，对于在功耗要求非常严格的场合有很好的应用前景。