TI公司的MSP430單片機以獨特的低功耗和模塊化設(shè)計贏得了設(shè)計者的青睞。新型MSP430F247其性價比相當高，該16位單片機處理速度快，超低功耗，能節(jié)省很多資源;MSP430F247內(nèi)置I2C模塊，方便了程序編寫，大大降低了程序的出錯率。同時更多的I/O口可以級聯(lián)更多的外圍器件，而無需使用地址數(shù)據(jù)鎖存器件，既方便了程序的編寫，也簡化了硬件電路的設(shè)計。

溫度傳感器TMP275可直接輸出數(shù)字信號，而無需取樣、放大、濾波和模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換，可以直接傳輸給單片機信號處理系統(tǒng);而且輸出信號分辨率可以達到0.0625，測溫精度±0.5℃，若使用MSP430F247做控制器，可直接與其自帶的I2C模塊相連，使用方便。

2 電路設(shè)計

2.1 總體方案設(shè)計

該測溫儀的硬件結(jié)構(gòu)由溫度測量、核心控制電路、顯示電路和電源電路等4部分組成?？傮w方案框圖如圖l所示。

2.2 單元模塊設(shè)計

2.2.1 核心控制電路

核心控制電路采用MSP4313F247完成數(shù)據(jù)的測量和處理，實現(xiàn)溫度測量和控制輸出顯示功能，電路如圖2所示，其中的P3.1.P3.2分別是MSP430F247自帶I2C模塊的SCL和SDA，可以直接連接TMP275，不用再模擬I2C口，應(yīng)注意接上拉電阻。

圖2 核心控制電路

2.2.2 溫度測量

測溫部件采用TI公司生產(chǎn)的溫度傳感器TMP275，以數(shù)字形式用I2C總線向CPU傳輸數(shù)據(jù)，圖3給出溫度測量電路。

圖3 溫度測量電路

TMP275是一個I2C總線的溫度傳感器，測溫范圍一40℃~+125℃，在一20℃~+100℃之間最大誤差僅為±0.5℃。

TMP275內(nèi)部有指針寄存器、配置寄存器、溫度值寄存器、高溫和低溫限制寄存器等5個寄存器。

指針寄存器是通過P1，P0識別哪個寄存器來響應(yīng)讀寫命令。其格式字如表1所示，指針地址如表2所示。

配置寄存器是一個8位可讀寫的寄存器，用來存儲TMP275的工作模式控制字，詳細資料請參見參考文獻。

溫度寄存器是12位補碼只讀寄存器，用來存儲最近變換得到的數(shù)據(jù)，存儲形式與TI公司的TMPl00和DALLAS公司的DSl8820相同。該寄存器通過2個字節(jié)讀寫數(shù)據(jù)，如表3，表4所示，且先傳輸高8位再傳輸?shù)?位，其中第一個字節(jié)8位有效，第二個字節(jié)只有高4位有效。上電和復位后讀出的是0°。圖4和圖5分別是I2C數(shù)據(jù)寫、讀時序圖。

測溫儀的設(shè)計方案?主要包括以下幾個方面：

1. 測溫原理

測溫儀基于紅外測溫原理工作。所有溫度高于絕對零度(-273℃)的物體都會向外輻射紅外電磁波，物體的表面溫度與其輻射的紅外電磁波能量成正比。紅外測溫儀通過測量目標物體發(fā)出的紅外輻射能量來計算物體的實際溫度。具體過程包括：光學系統(tǒng)匯聚目標紅外輻射能量，使其聚焦在光電探測器上，探測器將紅外輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過放大器和信號處理電路處理后，最終轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的溫度值?1。

2. 硬件組成

測溫儀的硬件組成包括：

?光學系統(tǒng)?：匯集目標紅外輻射能量。

?光電探測器?：將紅外輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?

?信號放大器及處理電路?：對電信號進行放大和處理，最終計算出溫度值。

?顯示輸出?：通常采用LCD顯示屏顯示溫度值，部分設(shè)備還支持語音報數(shù)或數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X進行集中處理?12。

3. 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要包括信號處理算法和用戶界面設(shè)計。信號處理算法用于將電信號轉(zhuǎn)換為溫度值，并通過單片機進行復雜處理。用戶界面設(shè)計包括LCD顯示、按鍵控制、電量檢測等功能。部分高端測溫儀還支持多模式切換、高溫報警、記憶功能等?23。

4. 具體技術(shù)參數(shù)

?測溫范圍?：前額32-43℃，表面溫度0-60℃。

?測量精度?：±0.2℃。

?測量時間?：≤1秒。

?測量距離?：1-10厘米。

?發(fā)射率?：0.95。

?紅外波長?：5-14μm。

?按鍵功能?：開關(guān)機、測溫、單位切換、記憶模式、高溫報警等?2。

5. 應(yīng)用場景

測溫儀廣泛應(yīng)用于公共場所、企業(yè)單位和家庭，用于快速、準確地測量人體或其他物體的溫度。