A Design Of Temperature Collection System Based On MSP430
摘要：本文介紹了利用MSP430F413單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度采集的一種方法,并將卡爾曼濾波應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng),提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度，移植了MODBUS協(xié)議,使本系統(tǒng)可以和具有支持標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議的上位機(jī)通訊。
關(guān)鍵詞：MSP430F413， LM331，卡爾曼濾波
Abstract: This paper describes a method of temperature collection based on MSP430F413 Microcontroller and apply Kalman filter to temperature measurement, improved the precision of the system, And transplanted MODBUS protocol to MSP430F413 Microcontroller, so it can communication with the main controller which sustain MODBUS protocol.  
Key words:   MSP430F413 ，LM331, Kalman filter
1.概述
溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見和最基本的參數(shù)之一，在生產(chǎn)過程中常需對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控。采用單片機(jī)進(jìn)行溫度檢測(cè)、數(shù)字顯示、信息存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)控制，對(duì)于提高企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等都有重要的作用。 為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種采用MSP430F413單片機(jī)控制的溫度采集系統(tǒng),并移植MODBUS協(xié)議于本設(shè)計(jì),使本系統(tǒng)可以和具有安裝標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議軟件的上位機(jī)通訊,便于溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。
2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)接口電路
  圖1 給出系統(tǒng)整體接口電路,圖中省略了MSP430F413的最小外圍系統(tǒng)電路及電源模塊。溫度傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)溫度變送模塊轉(zhuǎn)化為0-5V標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)，由VIN進(jìn)入電壓/頻率(V/F)轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換為0-100 kHz的頻率輸出至MSP430F413，經(jīng)MSP430F413采樣計(jì)算后顯示在液晶模塊上。本設(shè)計(jì)所用液晶模塊顯示為CM240128。CM240128是一個(gè)中英文文字與繪圖模式的點(diǎn)矩陣液晶顯示模塊,內(nèi)建512KByte 的ROM 字形碼，可以顯示中文字型，數(shù)字符號(hào)，英，日，歐文等字母，并且內(nèi)建雙圖層的顯示內(nèi)存 ，在文字模式中可接收標(biāo)準(zhǔn)中文文字內(nèi)碼，直接顯示中文而不需要進(jìn)入繪圖模式以繪圖方式描繪中文，可以節(jié)省許多微處理器時(shí)間。
設(shè)置P4端口為液晶顯示模塊數(shù)據(jù)輸入口。 P3.0—P3.3引腳為輸出,P3.4為輸入。P3.0定義為 RS,P3.1定義為/WR,P3.2定義為/CS1,P3.3定義為/RD,P3.4定義為BUSY,判斷液晶模塊是否為忙。
由于MSP430F413沒有通訊接口,所以要進(jìn)行通訊必須用I/O口模擬,本設(shè)計(jì)用P2.1口做為 RXD接收數(shù)據(jù), P2.5口做為TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)。        
 
圖1 系統(tǒng)接口電路
2.2 鍵盤設(shè)計(jì)
鍵盤采用矩陣式薄膜鍵盤，共20個(gè)，其中用一片74LS138譯碼器用于鍵盤的列選擇，共6根線可以擴(kuò)展20個(gè)按鍵，節(jié)省了系統(tǒng)的I/O口。鍵盤接口采用行列掃描的方法實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)工作時(shí)使用I／O口中斷方式實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入。而MSP430F413的P1、P2口均可用于對(duì)外部事件的中斷處理。本設(shè)計(jì)中MSP430F413的P2口接鍵盤，提高了MCU的效率。
2.3 V/F模塊設(shè)計(jì)
系統(tǒng)用V/F轉(zhuǎn)換芯片將0-5V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成頻率輸出至單片機(jī)，既節(jié)省了IO口，也節(jié)省了AD轉(zhuǎn)換芯片，降低了系統(tǒng)成本。壓控振蕩器LM331是一電壓／頻率轉(zhuǎn)換芯片，它的突出特點(diǎn)是把模擬電壓轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強(qiáng)，可遠(yuǎn)距離傳送并能直接輸入計(jì)算機(jī)的脈沖串。由MSP430單片機(jī)的Timer模塊檢測(cè)輸入頻率以實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換功能。LM331使用了溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，因而具有極佳的溫度穩(wěn)定性，同時(shí)該器件的脈沖輸出可與任何邏輯形式兼容；LM331可單、雙電源供電，電壓范圍為5-40V；滿量程范圍1Hz～100kHz；最大非線性誤差為0．01％。LM331其電壓／頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系為：
F0=KVi，其中K=RS／(2．09Rt*Ct*RL)，Rs=RsI+Rs2
為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在輸出部分加了一片光耦隔離，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，有利于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。
3  Modbus 協(xié)議
3.1協(xié)議簡(jiǎn)介
  Modbus協(xié)議工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議。Modbus支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為它們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。
控制器通信使用主—從技術(shù)，即僅一設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢）。其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和錯(cuò)誤檢測(cè)域。
 
3.2 傳輸模式
Modbus分為兩種傳輸模式—ASCII（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼）和RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式�？刂破髂茉O(shè)置為兩種傳輸模式中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)通信。用戶選擇的模式，包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式等），配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。
本設(shè)計(jì)中所用傳輸模式為RTU傳輸模式。
RTU模式傳輸格式如表1所示。
 

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