智能温度采集报警系统的低功耗设计

摘要：随着现代电子技术的飞速发展，电子产品的低功耗设计越来越到人们的重视，尤其是对便携式电子产品的低功耗设计更是近年来电子产品设计的一个主潮流。本论文以智能温度采集报警系统为研究对象，重点探讨了基于MSP430F149型超低功耗单片机在温度采集报警系统上的应用与开发。

关键词：MSP430单片机 低功耗 硬件设计

1.设计的意义

本次设计的温度采集报警系统是一种能够长期自动工作的设备，它使用的电源为电池也可为充电电池，因此其功耗的大小直接决定了其使用的时间的长短。而且一般情况下这类系统的工作环境都比较恶劣，因此，对该系统进行低功耗设计不仅便于延长使用寿命，便与安装、管理与维护，而且由于该系统具有其他无人值守自动设备相似的特点，对该系统进行低功耗设计的方式方法可以应用到其他设计中，这具有非常重要的社会效益和经济效益。本设计的应用性比较强，如稍加改装可做实验室温湿度监控系统、仓储温湿度监控系统、工业环境监控系统等。

2.系统的设计

2.1总体设计方案

本系统对温度数据进行采集，温度传感器通过某种关系的换算，就可以得到温度与输出电压的关系，单片机通过模拟口采集得到传感器输出电压，通过设置的参考电压就可以得到传感器的输入带电压，再通过一定关系的转换就获得温度参数，将得到的温度参数进行分析后进行相应的处理，比如显示或者报警。另外系统通过键盘输入来完成对报警温度的上、下限设置；通过显示电路将得到的数据显示出来；当温度超过上限和下限的时候，系统进行报警，报警通过驱动一个蜂鸣器来实现。

本设计的系统硬件部分主要包括CPU处理模块、传感器采集模块、键盘输入模块、电源及复位模块[1]、报警模块[2]、显示模块[3]以及串口通信模块等。整个系统的原理框图如图2-1所示：

2.2设计的基本思路

2.2.1系统的低功耗设计

一个单片机系统的功耗受多因素的影响，主要有系统的技术指标，芯片和元器件的选择，及系统的工作方式等。本次设计的温度采集报警系统是作为工业用表，故采用干电池或锂电池供电，而电池的容量有限，因此本系统的功耗问题成

为设计的重点问题。具体设计方案如下：

（1）选择低功耗的CPU

在一个系统中CPU是核心控制部分，主要工作均由其完成。其能耗也是整个系统中最大的一部分。目前51系列单片机[4]技术成熟，且其功能强大，性价比高。但相对MSP430单片机来说51系列的接口功能有限，外设电路较复杂，尤其是其功耗较大（功耗是MSP430系列的3倍左右），所以51系列不适合用在低功耗系统中。因此，本系统中特选用TI公司的MSP430F149型16位单片机[5]，该单片机的功能十分强大、开发方便而且其功耗极低是市场上倍受好评、应用最多的一类低功耗单片机。

（2）选择低的供电电压[6]

在单片机控制系统中，系统的功耗往往和电源电压的大小成一定比例关系，电源电压高，系统的功耗相应的也会增大，因此在功耗要求比较严格的低功耗温度采集报警系统中，在保证功能的前提下，尽量选择低的电源电压。本系统中选用三节干电池4.5V供电。

（3）选择低功耗器件

除选用低功耗的CPU外，其余器件也应为低功耗型，如选用 COMS器件，它最大的优点是微功耗（静态功耗几乎为零），其次是输出逻辑电平范围大，因而抗干扰能力强，所以 COMS 器件是低功耗电路和便携式仪器的最佳搭档。同时器件参数也应低功耗。本系统中用的元器件都具有低压供电、低功耗的性能。如MAX6613型温度传感器[7] [8]。

（4）系统低功耗的运行管理

在软件编程时选用合适的工作模式，合理利用单片机提供的闲置、掉电工作方式，尽量避免循环、查询、动态扫描等工作方式；对电路中的其它用电模块进行电源管理，即根据工作需要才接通相应模块的电源。

2.2.2 系统的抗干扰设计

目前， 许多智能仪表均使用微机（包括单片机）作为控制系统。在使用时，不可避免地会受到电磁干扰。电磁干扰不但会降低仪表的使用精度， 而且常常使系统失灵或死机。因此， 抗干扰设计[7]是智能仪表设计的重要部分。本系统中抗干扰设计从两方面来考虑，一是在硬件设计上采取适当的措施来抑制和消除干扰， 例如合理的屏蔽、隔离、滤波、接地、布线等。另一方面是从系统软件设计上采取一定措施来提高系统的抗干扰能力， 即使系统受到干扰， 也能自动地快速恢复正常工作。

3.总结及展望

温度的测量控制广泛应用于人们的生产和生活中，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中具有举足重轻的作用。结合超低功耗技术，本文运用多种技术手段，包括电子电路技术，温度传感器技术，数据采集技术，单片机控制技术及数据传输等，综合采用电子、控制等多方面的知识设计了低功耗温度采集报警系统。该系统以MAX6613温度传感器为温度采集器，MSP430F149单片机为主控芯片，实现温度的自动采集报警。本设计仅是对低功耗温度采集报警系统的一个探索性方案，经开发还可以在本系统的基础上发展通过互联网络来实现远程操控的温度采集报警系统或其他系统等，具有很大的开发潜力。

参考文献：

[1]秦龙.MSP430单片机应用系统开发典型实例[M].北京：中国电力出版社，2005：119～141.

[2]王巍，蒋大明.基于MSP430F449单片机的超温报警系统[J].中国科技信息，2006（3）：10、12.

[3]杨凌志，张爱玲.单片机的键盘显示系统[J].电脑开发与应用，2004，17（7）：14～15.

[4]毛谦敏.单片机原理及应用系统设计[M].国防工业出版社，2005，

125～149.

[5]秦建民，曾小平.MSP430F149单片机在便携式智能仪器中的应用[J].微计算机信息，2002，18（12）：43～44.

[6]胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机[M].北京航空航天大学出社，2001.

[7]王韧.基于MAX6613和IH3605的温湿度监控系统[J].电子技术杂志，2004，（4）：83～85.

[8]Low-Voltage Analog Temperature Sensor in an SC70 Package.Maxim，2002：1～6