摘  要： 針對(duì)目前的中央空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)盤(pán)管部分，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于超低功耗微控制器MSP430的溫控器,，其中包括液晶顯示觸摸模塊和風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊兩部分,。操作者可以通過(guò)觀察液晶上的數(shù)字，操作液晶上面的觸摸按鍵來(lái)控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊,，進(jìn)而控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管實(shí)現(xiàn)控制空氣溫度的目的,。在之前的溫控器的基礎(chǔ)上，首先采用超低功耗的微控制器作為主芯片設(shè)計(jì)低功耗的溫控器,；其次,，在該設(shè)計(jì)中風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊是個(gè)雙串口通信模塊，既可以通過(guò)液晶模塊控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管,，也可以通過(guò)上位機(jī)遠(yuǎn)程操作控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管,。
關(guān)鍵詞： 風(fēng)機(jī)盤(pán)管；超低功耗,；MSP430,；溫控器；液晶顯示觸摸模塊,；風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊

　針對(duì)目前中央空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)盤(pán)管溫控器[1]并沒(méi)有充分考慮節(jié)能以及沒(méi)有很好的人機(jī)交互界面的現(xiàn)狀,，本文在設(shè)計(jì)性能可靠的風(fēng)機(jī)盤(pán)管溫控器的基礎(chǔ)上，充分考慮了節(jié)能和良好的人機(jī)交互界面。
　目前,，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上存在很多類型的風(fēng)機(jī)盤(pán)管溫控器,。其基本都是以可靠地實(shí)現(xiàn)溫度控制為唯一目的，所以,，市場(chǎng)上現(xiàn)存的很多溫控器依然存在高功耗的問(wèn)題,。而且在人機(jī)交互方面依然以古老的顯示界面和機(jī)械式按鍵為主。
　本文設(shè)計(jì)的基于超低功耗微控制器MSP430的風(fēng)機(jī)盤(pán)管溫控器在性能可靠的基礎(chǔ)上,，不僅充分考慮了節(jié)能問(wèn)題,，而且設(shè)計(jì)了觸摸式的液晶顯示屏，以達(dá)到良好的人機(jī)交互,。
1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)
　該溫控器[1]系統(tǒng)總體上可分為液晶顯示和風(fēng)機(jī)盤(pán)管[2]控制兩大模塊,。其中，液晶顯示模塊的作用的是：不僅可以通過(guò)其直觀地觀察到溫度,、時(shí)間等參數(shù),，還可以通過(guò)相應(yīng)的操作來(lái)控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊，進(jìn)而達(dá)到控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管的作用,，最終營(yíng)造一個(gè)舒適的溫度環(huán)境,。風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊的主要作用是：一方面采集周圍的溫度、目前的時(shí)間等參數(shù)實(shí)時(shí)地傳給液晶顯示模塊,；另一方面實(shí)時(shí)接收來(lái)自液晶顯示模塊的指令來(lái)控制,，對(duì)指令進(jìn)行一些判斷后直接控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管，進(jìn)而達(dá)到對(duì)室內(nèi)進(jìn)行制冷,、制熱,、通風(fēng)等操作，最后使風(fēng)機(jī)盤(pán)管所處的環(huán)境盡可能達(dá)到要求,。
　因?yàn)樵撓到y(tǒng)涉及人機(jī)交互以及風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制兩個(gè)方面,，所以整個(gè)系統(tǒng)分為液晶顯示模塊和風(fēng)機(jī)盤(pán)管兩大模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的框圖如圖1所示,。系統(tǒng)充分利用了超低功耗微控制器MSP430[3]自身的資源,，具有可編程、功耗低等優(yōu)點(diǎn),。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　根據(jù)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)將系統(tǒng)的硬件分為液晶顯示模塊和風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊兩大模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),，兩個(gè)模塊之間通過(guò)RS-485進(jìn)行通信。液晶顯示模塊主要集成了液晶顯示,、按鍵輸入,、蜂鳴器、串口通信,、JTAG接口,、電源、復(fù)位以及晶振8個(gè)功能模塊；風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊主要集成了溫度采集,、實(shí)時(shí)時(shí)鐘,、繼電器組、串口通信,、JTAG接口,、電源、復(fù)位以及晶振8個(gè)功能模塊,。
2.1 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)
　液晶顯示模塊以超低功耗微控制器MSP430G2553[4]為核心,，主要配有液晶顯示、按鍵輸入,、蜂鳴器,、串口通信,、JTAG接口,、電源、復(fù)位以及晶振8個(gè)模塊電路,。液晶顯示采用大小為68 mm×72 mm的段式HTN/NEGTIVE LCD液晶顯示屏,，用芯片HT1621B進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；按鍵輸入采用觸摸按鍵的方式,，將顯示與按鍵一體化,；蜂鳴器電路是配合按鍵使用的，當(dāng)按鍵按下時(shí),，蜂鳴器會(huì)發(fā)出短暫的鳴笛,，使操作者知道按鍵已經(jīng)成功按下；串口通信采用RS-485接口與風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和命令的傳輸,，芯片采用DS76176B,；JTAG接口電路主要實(shí)現(xiàn)程序的下載，并進(jìn)行在線調(diào)試,；電源電路根據(jù)電路的需求,，提供5 V和3.3 V兩種電源；復(fù)位電路采用可靠性比較高的芯片復(fù)位電路,，復(fù)位芯片為MAX809STR,；晶振電路采用MSP430G2553芯片的內(nèi)部晶振，節(jié)約設(shè)計(jì)成本,，而且經(jīng)測(cè)試穩(wěn)定性很高,。液晶顯示模塊的硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

　液晶顯示屏和觸摸面板是根據(jù)該設(shè)計(jì)的功能而設(shè)計(jì)定做的,，其面板設(shè)計(jì)如圖3所示,。

2.2 風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊設(shè)計(jì)
　風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊以超低功耗微控制器MSP430F149[5]為核心，主要配有溫度采集、實(shí)時(shí)時(shí)鐘,、繼電器組,、串口通信、JTAG接口,、電源,、復(fù)位以及晶振8個(gè)模塊電路。溫度采集電路主要通過(guò)溫敏電阻加上A/D變換電路來(lái)采集當(dāng)前的溫度值,；實(shí)時(shí)時(shí)鐘通過(guò)芯片DS1302來(lái)設(shè)置并顯示當(dāng)前的日期,、星期和具體時(shí)間值；繼電器組共有5個(gè)繼電器,，分別控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管風(fēng)速的高,、中、低擋的變化,，還有冷水閥和熱水閥的開(kāi)關(guān),；串口通信用兩片DS75176，一方面可以與上位機(jī)直接進(jìn)行通信,，另一方面與液晶顯示模塊進(jìn)行通信,；JTAG接口用來(lái)對(duì)程序進(jìn)行下載，并進(jìn)行在線調(diào)試,；電源電路將220 V的市電分別變?yōu)?2 V,、5 V和3.3 V 3種電源；復(fù)位電路采用性能較高的芯片復(fù)位電路,；晶振電路有32.768 kHz和8 MHz兩種,。風(fēng)機(jī)盤(pán)管模塊的硬件設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

　風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊通過(guò)5個(gè)繼電器來(lái)控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管的運(yùn)行,，有效地將強(qiáng)電和弱電進(jìn)行了隔離,。模塊和盤(pán)管之間是通過(guò)一些接線端子進(jìn)行連接的。接線端子如圖5所示,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　對(duì)于軟件的總體設(shè)計(jì),，考慮到單片機(jī)的資源以及功能需求，并沒(méi)有用到任何操作系統(tǒng),，而采用裸機(jī)架構(gòu),。總體軟件架構(gòu)如圖6所示,。在具體的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中,，液晶顯示模塊和風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊的程序是分兩個(gè)工程分別實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)模塊之間通過(guò)Modbus通信協(xié)議進(jìn)行通信,。
3.1 液晶顯示模塊軟件設(shè)計(jì)
　液晶顯示模塊的軟件主要包括液晶顯示的驅(qū)動(dòng)程序,、按鍵程序,、通信協(xié)議、液晶顯示API以及液晶應(yīng)用程序5個(gè)部分,。整個(gè)軟件程序圍繞主芯片MSP430G2553[6]展開(kāi),。軟件的整個(gè)流程如圖7所示。

3.1.1 液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序
　液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序是用來(lái)點(diǎn)亮每一個(gè)顯示界面上的符號(hào),，其主要功能是根據(jù)應(yīng)用程序的需求通過(guò)API的調(diào)用顯示特定的模塊,，以給各種參數(shù)和數(shù)據(jù)一個(gè)直觀的顯示。
3.1.2 按鍵程序
　按鍵程序的作用是設(shè)計(jì)按鍵按下后實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作,，在該設(shè)計(jì)中主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷,、制熱、通風(fēng)3種風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式的切換,、時(shí)間的設(shè)置,、溫度的調(diào)節(jié)、風(fēng)速大小的調(diào)節(jié)等功能,。在該設(shè)計(jì)中,，一共有開(kāi)關(guān)、模式,、上/下鍵,、風(fēng)速5個(gè)按鍵,。
3.1.3 通信協(xié)議
　系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus通信協(xié)議進(jìn)行通信,，液晶顯示面板在通信過(guò)程中設(shè)置為主模式，主要的作用是發(fā)送指令給從設(shè)備,，獲取相應(yīng)的信息進(jìn)行顯示,，并對(duì)從設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作。
3.1.4 液晶顯示API
　液晶顯示API是在應(yīng)用程序與驅(qū)動(dòng)程序之間搭建的一個(gè)橋梁,。如果要完成相應(yīng)的顯示,，首先應(yīng)用程序會(huì)調(diào)用液晶顯示API，然后液晶顯示API會(huì)調(diào)用相應(yīng)的顯示驅(qū)動(dòng)完成相應(yīng)的顯示,，最后達(dá)到應(yīng)用程序要顯示的效果,。
3.1.5 應(yīng)用程序
　應(yīng)用程序處在整個(gè)程序框架的最高層，是真正想要實(shí)現(xiàn)的功能或者得到的數(shù)據(jù)的體現(xiàn),。應(yīng)用程序可以調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)而驅(qū)動(dòng)物理層實(shí)現(xiàn)一定的功能,，也可以通過(guò)調(diào)用通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的通信。
3.2 風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊軟件設(shè)計(jì)
　風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊的軟件主要包括溫度的采集,、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和EEPROM的驅(qū)動(dòng),、Modbus通信協(xié)議、對(duì)繼電器組的控制等程序,。整個(gè)程序圍繞主芯片MSP430F149[7]展開(kāi),，風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊的整個(gè)軟件流程如圖8所示,。

3.2.1 溫度的采集程序
　溫度的采集是通過(guò)溫敏電阻對(duì)周圍溫度進(jìn)行采集，主要作用是給觀察者提供一個(gè)溫度參考,，結(jié)合當(dāng)前的溫度,，來(lái)對(duì)風(fēng)機(jī)盤(pán)管進(jìn)行相應(yīng)的操作。
3.2.2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘和EEPROM的驅(qū)動(dòng)程序
　實(shí)時(shí)時(shí)鐘的程序?qū)φ麄€(gè)控制來(lái)說(shuō)是一個(gè)附加的功能,，在顯示面板上提供了時(shí)鐘,、日期和星期3種顯示，可以方便觀察者查看當(dāng)前的日期,，給以后比如計(jì)時(shí)和計(jì)費(fèi)等功能的擴(kuò)展提供了方便,。
EEPROM驅(qū)動(dòng)程序的作用是使EEPROM芯片可以達(dá)到單字節(jié)操作、頁(yè)操作以及任意地址開(kāi)始連續(xù)讀取多個(gè)字節(jié)的操作,。EEPROM程序的作用是保存一些設(shè)置的參數(shù),，以便掉電后重新打開(kāi)時(shí)可以讀取之前的設(shè)置。
3.2.3 Modbus通信協(xié)議
　風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊是一個(gè)雙串口的模塊,，一方面可以與液晶顯示模塊進(jìn)行通信,，另一方面可以與上位機(jī)進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,。風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制模塊的Modbus通信協(xié)議為從模式,。
4 基于MSP430的風(fēng)機(jī)盤(pán)管溫控器的實(shí)現(xiàn)
　在整體框架設(shè)計(jì)完成之后，開(kāi)始實(shí)物的制作,。利用PCB制作軟件AltiumDesigner[8]畫(huà)完電路板后送工廠制作,。在電路板完成之后，利用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IAR[9]進(jìn)行了軟件的設(shè)計(jì),。在軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中參考了一些MSP430C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[10]的書(shū)籍,。在整體設(shè)計(jì)完成之后，對(duì)其進(jìn)行了整體的實(shí)現(xiàn),，并通過(guò)連接風(fēng)機(jī)盤(pán)管,，可以很好地控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管，實(shí)現(xiàn)想要的功能,?；贛SP430的風(fēng)機(jī)盤(pán)管溫控器顯示面板如圖9所示。

　針對(duì)目前風(fēng)機(jī)盤(pán)管對(duì)溫控器的需求,，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于MSP430這個(gè)超低功耗芯片的溫控器,。設(shè)計(jì)中合理利用了MSP430芯片的低功耗、可編程,、可在線調(diào)試等優(yōu)點(diǎn),。該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地采集風(fēng)機(jī)盤(pán)管周圍的溫度，并反饋給顯示器,。觀察者可以根據(jù)當(dāng)前情況設(shè)置制冷,、制熱,、通風(fēng)3種模式，使風(fēng)機(jī)盤(pán)管所在的環(huán)境達(dá)到所要求的程度,。該設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是通過(guò)有線的方式進(jìn)行施工,，布線比較復(fù)雜，可移動(dòng)性差,。下一步的工作是進(jìn)行無(wú)線溫控器的設(shè)計(jì),，減少布線帶來(lái)的麻煩，增加該設(shè)計(jì)的可移動(dòng)性和擴(kuò)展性,。
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