摘要：溫度是科學技術中最基本的物理量之一，在工業生產和生活中，常常是表征對象和過程狀態的重要參數，其控制具有非線性、時滯性和不確定性，用傳統的控制達不到好的控制效果。設計一種以單片機MSP430F149為系統的核心部件，并將模糊控制算法應用到其中的溫控儀上，溫度控制范圍為常溫0～100℃，設定溫度值與測量溫度值實時顯示，控制精度可達±0．5℃。該系統采用恒瀧供電，電路較簡單，成本低，溫度控制精度高，可以廣泛應用于需要進行恒溫控制的生產和生活中。

　　0 引言

　　溫度控制對于工業和日常生活等領域都具有廣闊的應用前景，很多應用領域，需要精度較高的恒溫控制，由于其控制具有非線性、時滯性和不確定性，用傳統的控制達不到好的控制效果。模糊控制是一種基于規則的控制，它直接采用語言型控制規則，出發點是現場操作人員的控制經驗或相關專家的知識，其魯棒性強，干擾和參數變化對控制效果的影響被大大減弱，所以特別適合于0～100℃溫度的精確控制。

　　MSP430系列單片機是一個16位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機。MSP430F149單片機采用了精簡指令（RISC），具有豐富的尋址方式（7種源操作數尋址、4種目的操作數尋址）、簡潔的27條內核指令以及大量的模擬指令，大量的寄存器以及片內數據存儲器都可參加多種運算，還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在8MHz晶體驅動下指令周期為125 ns。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。MSP430F149單片機具有10位／12位ADC、16位Sigma-Delta A／D、直接尋址模塊（DMA）、端口1～6、基本定時器（Basic Timer）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設計出A／D轉換器。該系統采用MSP430F149單片機，可以省去A／D等硬件電路，使其成本降低，可靠性大大增強。

　　1 系統設計

　　系統以MSP430F149單片機為控制核心，溫度測量由鉑電阻恒流調理電路完成，調理電路的輸出電壓送入單片機，在單片機內部實現A／D轉換，并對采樣數據進行濾波及標度變換處理，溫度值由3位數碼管顯示。輸入的溫度設定值由4位獨立式鍵盤電路進行，設定值送入單片機后，由另一個3位數碼管顯示。系統設計框圖如圖1所示。

　　2 主要硬件電路設計

　　2．1 鉑電阻測溫調理電路

　　在本系統中，實際溫度值由鉑電阻恒流工作調理電路進行測量。為了克服鉑電阻的非線性特點，在信號調理電路中加入負反饋非線性矯正網絡。如圖2所示，鉑電阻選用標稱值為100Ω的RT100作為溫度傳感器。A1，A2和A3采用低溫漂運放OP07，由于有電流流經鉑電阻傳感器，所以當溫度為0℃時，在鉑電阻傳感器上有壓降，這個電壓為鉑電阻傳感器的偏置電壓，是運放A1輸出電壓的一部分，使恒流工作調理電路的輸出實際不為0，所以需要對這個偏置電壓調零，圖中R3為調零電阻。圖中運放A3及電阻R1，R4和R6構成負反饋非線性校正網絡。R5用于調整運放A2的增益。

　　2．2 溫度控制電路

　　系統加熱絲與風扇均采用圖3所示電路形式。電路采用了晶體管驅動的直流電磁繼電器。當單片機的P5．4為低電平時，繼電器RL1吸合，當P5．4為高電平時，繼電器RL1釋放。采用這種控制邏輯可以使繼電器在上電復位或單片機受控復位時不吸合。繼電器由晶體管2N222A驅動，可以提供所需的驅動電流。

　　3 模糊控制規則表及軟件流程圖