基于msp430单片机的无线温度监控系统应用设计

基于msp430单片机的无线温度监控系统应用设计内容摘要：

随着微电子技术和信号分析处理技术的推广，数据采集系统得到广阔地应用，在工业的生产与控制中，运用数据采集系统可以采集实时的温度、湿度、电压、电流、压力、流量等诸多工业参数，在将这些模拟信号转换成数字信号的同时并进行相应的数据处理，将所得的结果，以不同的反方式反馈给用户和控制系统，在科学研究上，数据采集系统可以为我们提供大量的帮助，成为探索科学奥秘的重要途径。 目前，数据采集应用在方方面面，它已渗透 到了地质、医药器械、雷达、通讯、遥感遥测等各个领域，为我们更好的获取信息提供了良好的基础。 无线温度检测的 使用对我们的生活也产生了巨大的影响，随着科学进步以及对物质的需求更多，各种恶劣的工作环境也随之出现，人身安全也成了我们关注的对象，在冶金行业中，这里的高温不是人可以承受的，所以无线温度检测的出现大大解放了人们的工作，同时对于检测的精确度同样大大高于人的测量。 总之，本课题将数据采集与无线传输相结合，发挥无线传输的优势，并且解决硬件、软件及通信协议优化等问题。 研究意义 温度是日常生活中，化学工业，环保，医药，石油和最常遇到的其它区域的一个物理量。 随着现代工业的飞速发展，人们对工业生产过程中的温度控制 系统，如工业生产中的长时间运行的工艺设备，开关柜，母线接点，高压电缆接头和因老化或接触电阻过大等部位需要散热方面，相邻的绝缘部件的性能下降，甚至破裂并造成事故。 并有温度的许多领域可能会更高或更低，该网站将更加复杂，有时人们无法生活，而不必关闭或人力进行监控。 然而，大多数这些厂家用一个简 绪论 2 单的 温度控制和温度控制电路控制的控制精度低，大过冲等缺点的存在，这是很难实现的制造方法。 和热处理行业在很多类似的问题，所以更一般的温度控制系统的设计是非常重要的。 所以 我们可以用单片机 进行 控制，这些控制技术 将会 大大提高控制 的 精 度， 而且 简单的控制不 但 降低了产品的成本，还可以 同 计算机通信， 大大 提高了生产效率。 由于单片机自成立以来，业绩不断提高，并提高其资源，而且还满足了很多应用程序，结合高集成单芯片，功能强大，速度快，体积小，低功耗，易用性低，价格等方面，因此，日益广泛，并逐步取代现有的多芯片微型计算机应用系统的应用。 国内外现状 温湿度是影响纺织品质量的重要因素，但纺织企业对温度的测控手段仍很粗糙，十分落后，绝大多数仍在使用湿度计，靠人自身观测与感受，在控制方面上靠人工控制，其控制效果可想而知。 在制药行业里这种情况也是随处 可见。 要的风化对温度的要求也是很高。 而在食品加工行业里，人们很少使用温度传感器，所以实物的变质期大大提前。 值得一提的是，随着农业行业的快速发展，目前我国已然是一个农业大国，各种大棚层出不穷，对已温度的掌握有为重要。 现在温度控制大多采用智能调节器，调节器有国产的也有国外的，国产调节器分辨率和精度较低，温度控制效果不是很理想，但价格便宜，国外调节器分辨率和精度较高，价格较贵。 温室度监控系统还是蛮有发展前途的，现在好多地方都需要温度监控，国内外的需求都很大。 系统 总体概要 3 2 系统总体概要 工作原理 本系统 为无线温度监控系统，该系统主要有数据采集模块，两个数据处理模块，无线传输模块， LCD显示模块，上位机显示模块，按键和蜂鸣器模块组成。 数据采集模块组要采用的硬件设备是 DS18B20 温度传感器，对于温度采集时我们需要考虑周围环境的一切影响，有时湿度可能导致温度传感器采集的温度有一定的误差。 所以对于这些外在的因素我们必须加以分析，然后才通过采集传感器本身的温度来测量周围环境的温度。 无线传输模块采用的是 nRF24L01 芯片，在无线传输的过程中，我们要清楚该芯片的传输距离，否则会导致数据传输的丢失，当数据采集成功后， 将采集到的数据由处理器（ 1）处理后发送给处理器（ 2）。 LCD 显示模块是采用的 LCD1602 液晶显示屏，该显示屏操作简单，显示数据直观清楚。 上位机采用的是一块由 VisualC++ 开发的波形软件。 该软件能实时显示出当前的温度变化曲线。 按键模块是有 4 个按键组成的一个模块，分别用于设定温度的上下限值。 蜂鸣器模块则用于报警，当前温度不在设定的安全范围内时， 则 产生报警。 系统的原理结构图设计如图 所示 图 单 片 机 MSP430F149 单 片 机 MSP430F149 温度传感器 复位电路 复位电路 无线发送 无线 接收 LCD 显示 上位机显示 蜂鸣器报警 控制电路 系统 总体概要 4 系统的设计要求 根据各种的环境特点以及课题要实现的具体功能 ,所研制的温度无线监测系统需满足以下设计要求： (1)中心模块和温度采集模块设备的体积要小 ,有力于安装在不同的工作环境下，同时也方便移动； (2)设备的成本低，性能可靠，安装简单。 (3)在测量的时间内，设备必须达到应有的精确度。 (4)抗干扰能力强，对周围环境适应性要强； (5)在设计时应该考虑到使用周期，确保使用周期长。 (6)可以随时进行更新，与调试。 (7)能做到温度显示，可以记录历史温度，方便打印； 系统实现的功能 (l)底层的数据采集节点装上温度传感器 ,用于采集给定环境的温度 ,并对采集到的温度数据进行分析和处理 ,判断发送优先级 ,将采集信息发送给中心主要部分。 （ 2）中心主要部分分为两个模块，一个作为数据采集后的处理，另一块作为接收后的数据处理。 第一模块的功能是将采集来的数据处理好，并做好 与另一模块做好无线通讯的准备。 并且设置好采集的优先级。 （ 3）另一中心模块位接收数据的模块，将接收到的数据进行处理，做好与 PC机通讯的准备，同时做好与 LCD，蜂鸣器之间的协调工作。 （ 4）上位机能够针对特定的监测对象设置节点参数和报警闭值 ,且实现温度数据实时显示、越界报警、历史数据查询和打印等功能。 （ 5）新的温度数据采集节点能够自由加入网络 ,点能察觉到并报警 ,同时记录该事件 ,反馈给上位机 ,当节点电池耗尽后 ,中心节点通知工作人员处理。 硬件模块设计 5 3 硬件模块设计 主芯片模块的介绍 MSP430 的简介 MSP430 单片机是一种 16 位微控制处理器，精简指令架构，并且具有丰富的位寻址方式（七种源处理操作数寻址和四种目的定时操作数寻址），方便的 27条内核指令和大量的模拟数据指令。 非常多的寄存器和数据存储器的芯片可以用于参加各种高效计算的。 高效查找表处理命令指令。 这些特性保证源的高效率的准备。 MSP430 MCU 系列集成了丰富的片上外设。 它们分别是，定时器， SPI， I2C，硬件乘法器， LCD 驱动器，看门狗（ WDT），十几个不同的外设组合 / 12 位 DCA， I / O 端口，基本定时器（基本定 时器），实时时钟（ RTC）和 USB 控制器等模块，其中，看门狗复位可以使失控程序迅速回到正常状态下。 定时器都是异步 16 位定时器，具有多大 7个比较寄存器和 4中运行模式。 DCA 模块具有内部外部参考电压选项，同时还能配置 8 位或则 12位工作模式。 LCD 控制器可以自动生成达到 196段信号，能够直接驱动 LCD 显示器。 然而 MSP430 可以支持静态，多路复用。 LCD功耗极低不仅拥有多段而且还具备阻断功能。 还有些外设都很好的与单片机结合，给开发者提供方便简洁。 主要性能 （ 1） 高性能十六位架构 （ 2）超低功耗量最低 120 181。 A/MHz @ （ 3） 自我唤醒功能、 RAM 保持模式 (LPM3)：最低 @ （ 4） MSP430 平台内包括五代超低功耗、高度集成的微处理器产品 （ 5） 25MHz 晶体的驱动下，实现 40ns 的指令周期 （ 6） 实现两路的 12 位 D/A 转换 （ 7） 硬件 I2C 串行总线接口实现存储器串行扩展 （ 8） 采用 RISC 精简指令集，单个时钟周期就可以执行一条指令 （ 9） 看门狗（ WDT）、模拟比较器 A （ 10） 定时器 A0（ Timer_A0）、定时器 A1（ Timer_A1）、定时 器 B0（ Timer_B0） （ 11） 模拟比较器 来 进行模拟电压比较，配合 了 定时器， 所以 设计出 A/D 转换器 （ 12） 不需要仿真器和编程器，开发语言有汇编语言和 C 语言 硬件模块设计 6 芯片引脚图及各引脚功能 由于本系统所用的芯片为 MSP430F149 这款芯片，这款芯片的引脚繁多，操作也有些不同，所以我们必须对每个引脚的功能明确。 如图。 图 各引脚的的功能如表 所示： 表 引脚功能表 引脚号 引脚名称 引脚类型 MSP430F149的引脚功能 1 DVCC 数字供电电源负端，为所有数字部分供电 62 AVSS 模拟供电电源的负端，并且为 ADC和 DAC模拟部分提供电源 63 DVSS 数字供电电源正端 .为所有数字部分供电 64 AVCC 模拟供电电源的正端，只能为 ADC和 DAC模拟部分提供电源 59 － 12位 ADC 60 － 12位 ADC 硬件模块设计 7 61 － 12位 ADC 2 － 12位 ADC 3 － 12位 ADC 4 － 12位 ADC 5 C0 I/O 通用数字 I/O 口 /模拟量输入 A6－ 12 位 ADC /输出 6 C1 I/O 通用数字 I/O 口 /模拟量输入 A7－ 12 位 ADC / 输出 ,SVS输入 7 RESERVED /VREF+ /O 保留 ,不要连接捆扎 /内部参考电压的正输出引脚 8 XIN I 晶体振荡器 XT1输入端口 ,可连接标准晶振或时钟晶振 9 XOUT/TCLK O/I 晶体振荡器 XT1输出端 /测试时钟输入 10 DVSS/VeREF+ I/P 连接到 DVSS/外部参考电压的输入 11 DVSS/VREF /VeREF I /O 连接到 DVSS /内部参考电压或外加参考电压的引脚 12 13 ： CCI0A输入，比较：OUT0输出 15 ： CCI2A输入，比较：OUT2输出 16 17 ，比较： OUT0输出 18 ，比较： OUT1输出 19 ，比较： OUT2输出 20 21 TAINCLK I/O 通用数字 I/O引脚 /定时器 A， INCLK上的时钟信号 硬件模块设计 8 22 /TA0 I/O 通用数字 I/O 引脚 /定时器 A捕获： CCI0B 输入 /比较器输出 23 A1 I/O 通用数字 I/O引脚 /定时器 A，比较： OUT1输出 26 ADC12CLK I/O 通用数字 I/O 引脚 /转换时钟－ 12 位 ADC， DMA 通道 0外部触发器 27 ： OUT0输出 28 ， USART0/SPI模式从设备传输使能端 29 /SDA I/O 通用数字 I/O引脚， USART0/SPI模式的从入 /主出， I C数据 30 ， USART0/SPI模式的从出 /主入 31 SCL I/O 通用数字 I/O引脚， USART0/SPI模式的外部时钟输入，I C时钟输出 32 ， USART0/UART模式的传输数据输出 33 ， USART0/UART模式的接收数据输入 34 ， USI1/UART模式的发送数据输出 35 ， USI1/UART模式的接收数据输入 36 ,捕捉； CCI0A或 CCI0B输入、比较 :Out0输出捕获 I/P或者 PWM。