基于MSP430F149单片机与模糊控制的温控仪设计

摘要：温度是科学技术中最基本的物理量之一，雀工业生产和生活中，常常是表征对象和过程状态的重要参数，其控制具有非线性、时滞性和不确定性，用传统的控制达不到好的控制效果。设计一种以单片机MSP430F149为系统的核心部件，并将模糊控制算法应用到其中的温控仪上，温度控制范围为常温0～100℃，设定温度值与测量温度值实时显示，控制精度可达±0．5℃。该系统采用恒泷供电，电路较简单，成本低，温度控制精度高，可以广泛应用于需要进行恒温控制的生产和生活中。
关键词：MSP430F149；温度值实时显示；模糊控制；温控仪

0 引言
温度控制对于工业和日常生活等领域都具有广阔的应用前景，很多应用领域，需要精度较高的恒温控制，由于其控制具有非线性、时滞性和不确定性，用传统的控制达不到好的控制效果。模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，其鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，所以特别适合于0～100℃温度的精确控制。
MSP430系列单片机是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机。MSP430F149单片机采用了精简指令(RISC)，具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址)、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令，大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算，还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125 ns。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。MSP430F149单片机具有10位／12位ADC、16位Sigma-Delta A／D、直接寻址模块(DMA)、端口1～6、基本定时器(Basic Timer)等的一些外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A／D转换器。该系统采用MSP430F149单片机，可以省去A／D等硬件电路，使其成本降低，可靠性大大增强。

1 系统设计
系统以MSP430F149单片机为控制核心，温度测量由铂电阻恒流调理电路完成，调理电路的输出电压送入单片机，在单片机内部实现A／D转换，并对采样数据进行滤波及标度变换处理，温度值由3位数码管显示。输入的温度设定值由4位独立式键盘电路进行，设定值送入单片机后，由另一个3位数码管显示。系统设计框图如图1所示。

2 主要硬件电路设计
2．1 铂电阻测温调理电路
在本系统中，实际温度值由铂电阻恒流工作调理电路进行测量。为了克服铂电阻的非线性特点，在信号调理电路中加入负反馈非线性矫正网络。如图2所示，铂电阻选用标称值为100Ω的RT100作为温度传感器。A1，A2和A3采用低温漂运放OP07，由于有电流流经铂电阻传感器，所以当温度为0℃时，在铂电阻传感器上有压降，这个电压为铂电阻传感器的偏置电压，是运放A1输出电压的一部分，使恒流工作调理电路的输出实际不为0，所以需要对这个偏置电压调零，图中R3为调零电阻。图中运放A3及电阻R1，R4和R6构成负反馈非线性校正网络。R5用于调整运放A2的增益。