低功耗高精度数字温度计的设计

　　现代测温应用中,温度传感器趋于向数字化方向发展,近年来出现了由各种微控制器构成的数字式温度传感器。利用MSP430单片机具有极低功耗的特点,它的CPU可以在1. 8~3. 6 V电压、1MHz的时钟条件下运行,耗电电流会因不同的工作模式而不同,利用该款单片机强大的运行模式和特殊功能,本文设计了一种由超低功耗单片机MSP430F435构成的数字式温度计,可方便快捷地实现低功耗测量。

　　1　低功耗温度计的总体设计

　　1. 1　总体目标

　　智能温度计采用电池供电, LCD液晶显示,利用MSP430在不工作状态下低功耗的特点,使该温度计在不更换电池的情况下可以工作2年以上,达到高可靠性、误差小、抗震、工作温度范围0~100℃,生产成本较低。

　　1. 2　设计思路

　　系统设计的总体思路是围绕如何实现低功耗开展。控制功耗,必须从内部着手。对于数字化的测量系统,通过适当地选择采样周期,在一个采样周期内,迅速地测量温度,然后进入电流消耗较低的“休息”状态,就可以大幅度地减小整个系统的电流的消耗。假设采样可以在Ts=10 ms之内完成,采样时消耗的电流为Is=1mA,采样周期为TA=1 s,非测量状态的电流消耗为Ib=0.04 mA,整个系统的平均电流消耗为:

　　从公式中得出,在Ts/TA采样时消耗的电流对整个系统的平均电流影响并不很大,只要恰当地选择Ib, Is,Ts,TA就可以达到降低功耗的目的。可以从以下几个方面入手:

　　(1)减小Ib,减小休息时的电流消耗,方法一是尽量减少在“休息”状态下还要工作的模块数量,二是选用低功耗元器件。

　　(2)减小Is,采样时,工作的元件要尽量降低功耗,选择电流消耗较小的型号。

　　(3)减小Ts,减小工作时间,完成采样后尽快结束工作。

　　(4)增大TA,加大采样周期,尽量多“休息”,使系统的响应变慢。

　　1.3　方案总体设计

　　温度系统由如图1所示的几个模块组成。总体设计应该是全面考虑系统的总体目标,进行硬件选型,确MSP430F435单片机为数字温度计的核心。并选择低功耗和低成本的存储器、放大器、液晶显示器等元件,总体方案系统的基本组成如图2所示。以单片机为核心,通过单片机来控制温度传感器和放大器的供电,传感器感受的温度信号转换为电信号后,经过放大器放大转化为适合于A/D转换的电压范围。然后通过MSP430单片机内部集成的A/D转化器进行A/D转换,温度信号就转换为数字。单片机根据存储于外部存储器中的校准数据计算出测得的温度送液晶显示器显示。

　　2　软件设计