基于MSP430F149單片機與模糊控制的溫控儀設計

摘要：溫度是科學技術(shù)中最基本的物理量之一，雀工業(yè)生產(chǎn)和生活中，常常是表征對象和過程狀態(tài)的重要參數(shù)，其控制具有非線性、時滯性和不確定性，用傳統(tǒng)的控制達不到好的控制效果。設計一種以單片機MSP430F149為系統(tǒng)的核心部件，并將模糊控制算法應用到其中的溫控儀上，溫度控制范圍為常溫0～100℃，設定溫度值與測量溫度值實時顯示，控制精度可達±0．5℃。該系統(tǒng)采用恒瀧供電，電路較簡單，成本低，溫度控制精度高，可以廣泛應用于需要進行恒溫控制的生產(chǎn)和生活中。
關鍵詞：MSP430F149；溫度值實時顯示；模糊控制；溫控儀

0 引言
溫度控制對于工業(yè)和日常生活等領域都具有廣闊的應用前景，很多應用領域，需要精度較高的恒溫控制，由于其控制具有非線性、時滯性和不確定性，用傳統(tǒng)的控制達不到好的控制效果。模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗或相關專家的知識，其魯棒性強，干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大大減弱，所以特別適合于0～100℃溫度的精確控制。
MSP430系列單片機是一個16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機。MSP430F149單片機采用了精簡指令(RISC)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址)、簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令，大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算，還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在8MHz晶體驅(qū)動下指令周期為125 ns。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。MSP430F149單片機具有10位／12位ADC、16位Sigma-Delta A／D、直接尋址模塊(DMA)、端口1～6、基本定時器(Basic Timer)等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設計出A／D轉(zhuǎn)換器。該系統(tǒng)采用MSP430F149單片機，可以省去A／D等硬件電路，使其成本降低，可靠性大大增強。

1 系統(tǒng)設計
系統(tǒng)以MSP430F149單片機為控制核心，溫度測量由鉑電阻恒流調(diào)理電路完成，調(diào)理電路的輸出電壓送入單片機，在單片機內(nèi)部實現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換，并對采樣數(shù)據(jù)進行濾波及標度變換處理，溫度值由3位數(shù)碼管顯示。輸入的溫度設定值由4位獨立式鍵盤電路進行，設定值送入單片機后，由另一個3位數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)設計框圖如圖1所示。

2 主要硬件電路設計
2．1 鉑電阻測溫調(diào)理電路
在本系統(tǒng)中，實際溫度值由鉑電阻恒流工作調(diào)理電路進行測量。為了克服鉑電阻的非線性特點，在信號調(diào)理電路中加入負反饋非線性矯正網(wǎng)絡。如圖2所示，鉑電阻選用標稱值為100Ω的RT100作為溫度傳感器。A1，A2和A3采用低溫漂運放OP07，由于有電流流經(jīng)鉑電阻傳感器，所以當溫度為0℃時，在鉑電阻傳感器上有壓降，這個電壓為鉑電阻傳感器的偏置電壓，是運放A1輸出電壓的一部分，使恒流工作調(diào)理電路的輸出實際不為0，所以需要對這個偏置電壓調(diào)零，圖中R3為調(diào)零電阻。圖中運放A3及電阻R1，R4和R6構(gòu)成負反饋非線性校正網(wǎng)絡。R5用于調(diào)整運放A2的增益。