【正文】 ............................................................................... 34 硬件調試 ............................................................................................................ 35 結 論 .......................................................................................................................... 36 參考文獻 ...................................................................................................................... 37 目 錄 V 謝 辭 .......................................................................................................................... 39 附 錄 .......................................................................................................................... 40 附錄 1：系統(tǒng)硬件原理圖 ....................................................................................... 40 附錄 2：顯示模塊程序 ........................................................................................... 42 附錄 3：溫 度傳感器程序 ....................................................................................... 49 附錄 4： GPRS 模塊程序 ........................................................................................ 52 附錄 5：系統(tǒng)整體程序 ........................................................................................... 54 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 引言 溫度檢測技術在我國的工業(yè)生產中應用非常普遍，傳統(tǒng)的溫度檢測系統(tǒng)一般采用分散式三級系統(tǒng)，這 種系統(tǒng)多采用有線傳輸方式，其遠程線路鋪設及維護不僅需要較高的成本，而且引線過長將導致整個系統(tǒng)功耗上升，穩(wěn)定性下降。溫度是工業(yè)生產中主要的被控參數(shù)之一，與之相關的各種溫度控制系統(tǒng)廣泛應用于冶金、化丁、機械、食品等領域。溫度控制是 工 業(yè)生產過程中經常遇到的過程控制。有些工藝過程對其溫度的控制效果直接影響著產品的質量。隨著社會的進步和生產的需要，利用無線通信進行溫度數(shù)據(jù)采集的方式應用已經滲透到生活各個方面。 在工業(yè)現(xiàn)場，由于生產環(huán)境惡劣，工作人員不能長時間停留在現(xiàn)場觀察設備是否運行正常，就需要采集數(shù)據(jù)并傳輸數(shù)據(jù)到一 個環(huán)境相對好的操控室內，這樣就會產生數(shù)據(jù)傳輸問題。由于廠房大、需要傳輸數(shù)據(jù)多，使用傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸方式就需要鋪設很多很長的通訊線，浪費資源，占用空間，可操作性差，出現(xiàn)錯誤換線困難。而且，當數(shù)據(jù)采集點處于運動狀態(tài)、所處的環(huán)境不允許或無法鋪設電纜時，數(shù)據(jù)甚至無法傳輸，此時便需要利用無線傳輸?shù)姆绞竭M行數(shù)據(jù)采集。 在農業(yè)生產上，不論是溫室大棚的溫度監(jiān)測，還是糧倉的管理，傳統(tǒng)上都是采取分區(qū)取樣的人工方法，工作量大，可靠性差。而且大棚和糧倉占地面積大，檢測目標分散，測點較多，傳統(tǒng)的方法已經不能滿足當前農業(yè)發(fā)展的需要。 當前的科技水平下，無線通信技術的發(fā)展使得溫度采集測量精確，簡便易行。 在日常生活中，隨著人們生活水平的提高，居住條件也逐漸變得智能化。如今很多家庭都會安裝室內溫度采集控制系統(tǒng)，其原理就是利用無線通信技術采集室內溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)室內溫度情況進行遙控通風等操作，自動調節(jié)室內溫度濕度，可以更好地改善人們的居住環(huán)境。 本系統(tǒng)的設計采用了華為公司推出的 MG323 GPRS 模塊，由 MSP430F149單片機控制實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信。該接口設計具有成本低、傳輸速率高、軟件設計簡單以及通信穩(wěn)定可靠等特點。 課題設計背景 溫度與人們的生產生活密切相關，需要對溫度監(jiān)測的場合非常多。傳統(tǒng)的有線測溫方式存在著布線復雜，線路容易老化等問題。無線測溫技術與有線測溫技河北聯(lián)合大學信息工程學院 2 術相比，有成本低、攜帶方便、搭建網絡簡單快捷等特點，特別是在有線網絡不通暢或由于現(xiàn)場環(huán)境因素的限制不便架設線路的情況下，使用無線通信技術進行溫度監(jiān)測顯得更加實用、快捷。 隨著計算機技術和通信技術的不斷發(fā)展，計算機遠程無線監(jiān)控技術在工業(yè)控制領域中的應用越來越廣泛。 GPRS 技術從實驗室研究、地區(qū)范圍內試用到正式商用，經過了長時間的完善，技術先進可靠。 GPRS 設備數(shù)據(jù)監(jiān)控終端傳 輸設備一開機就能自動附著到 GPRS 網絡上，與數(shù)據(jù)中心實時在線進行實時數(shù)據(jù)通信，高速輸，可靠性高。 隨著無線通信技術的發(fā)展，采用無線的傳輸方式已成為遠程分布式溫度監(jiān)測技術的發(fā)展趨勢。 GPRS 技術在移動通信領域的發(fā)展，已經能夠實際應用到許多需要無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I域，也為溫度采集傳輸及監(jiān)控提供了一種新的數(shù)據(jù)通信方式。溫度傳輸?shù)膶崟r性與可靠性成了設計遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關鍵。 課題設計意義 本文對 GPRS遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)硬件和軟件設計進行說明。溫度檢測采用 DS18B20，非常適用于多點、惡劣環(huán)境下的溫度監(jiān)測系 統(tǒng)。系統(tǒng)進行溫度數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)精度高，系統(tǒng)操作簡單，而且可應用于有線網絡設備無法到達的地方，實現(xiàn)了溫度監(jiān)測的自動化智能化，具有成本低廉分布靈活，實時在線的優(yōu)點。 GPRS模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，運行穩(wěn)定可靠，適用于遠距離監(jiān)測，不受地形條件的限制，有著廣泛的應用前景。系統(tǒng)的實現(xiàn)給遠程對溫度的要求提供了方便，而且快捷，成本不高等，為農業(yè)工業(yè)生產帶來極大的方面。 第 2 章 系統(tǒng)主要模塊介紹和硬件設計 3 第 2 章 系統(tǒng)主要模塊介紹和硬件設計 主控芯片介紹 MSP430F149 芯片概述 單片機芯片配以必要的外部器件，一般 包括電源供入及電源開關、復位電路、晶振、輸入輸出電路等就能構成最小系統(tǒng)。 MSP430F149 芯片是美國 TI 公司推出的超低功耗微處理器，有 60KB+256 字節(jié) FLASH， 2KBRAM，包括基本時鐘模塊、看門狗定時器、帶 3個捕獲 /比較寄存器和 PWM 輸出的 16 位定時器、帶 7 個捕獲 /比較寄存器和 PWM 輸出的 16位定時器、 2個具有中斷功能的 8 位并行端口、 4 個 8 位并行端口、模擬比較器、 12 位A/D 轉換器、 2個串行通信接口等模塊。 MSP430F149 芯片具有如下特點： （ 1）功耗低：電壓 、時鐘頻率 1MHz 時，活 動模式為 200μA ；關閉模式時僅為 ，且具有 5種節(jié)能工作方式。 （ 2）高效 16位 RISCCPU， 27 條指令， 8MHz 時鐘頻率時，指令周期時間為125ns，絕大多數(shù)指令在一個時鐘周期完成； 32kHz 時鐘頻率時， 16 位 MSP430 單片機的執(zhí)行速度高于典型的 8位單片機 20MHz 時鐘頻率時的執(zhí)行速度。 （ 3）低電壓供電、寬工作電壓范圍： ～ ； （ 4）靈活的時鐘系統(tǒng)：兩個外部時鐘和一個內部時鐘； （ 5）低時鐘頻率可實現(xiàn)高速通信； （ 6）具有串行在線編程能力； （ 7）強大的中斷功能； （ 8）喚醒時間 短，從低功耗模式下喚醒僅需 6微妙； （ 9） ESD 保護，抗干擾力強； （ 10）運行環(huán)境溫度范圍為 40～ +85℃ ，適合于工業(yè)環(huán)境。 MSP430 系列單片機的所有外圍模塊的控制都是通過特殊寄存器來實現(xiàn)的，故其程序的編寫相對簡單。編程開發(fā)時通過專用的編程器，可以選擇匯編或 C 語言編程， IAR 公司為 MSP430 系列的單片機開發(fā)了專用的 C430 語言，可以通過WORKBENCH 和 CSPY 直接編譯調試，使用靈活簡單。 MSP430F149 芯片引腳 58腳 RST/NMI 為 430 單片機的復位引腳（低電平有效）。 河北聯(lián)合大學信息工程學院 4 1腳 DVCC， 63腳 DVSS 為數(shù)字電源接口。 64腳 AVCC， 62 腳 AVSS 為模擬電源接口。 注意： MSP430 系列單片機的供電電壓為 ～ 。 32腳 UTXD0， 33 腳 URXD0 的第二功能為 MSP430F149 單片機兩路串口通訊接口中的第一路。 圖 單片機管腳圖 34腳 UTXD1， 35 腳 URXD1 的第二功能為 MSP430F149 單片機兩路串口通訊接口中的第二路。 29腳 SIMO0， 30 腳 SOMI0， 31 腳 UCLK0 的第二功能為 MSP430F149 單片機兩路 SPI 通訊接口中的第一路 。 45腳 SIMO1， 46 腳 SOMI1， 47 腳 UCLK1 的第二功能為 MSP430F149 單片機兩路 SPI 通訊接口中的第二路。 48腳的第二功能為 MSP430F149 單片機 MCLK（主系統(tǒng)時鐘）的輸出端。 第 2 章 系統(tǒng)主要模塊介紹和硬件設計 5 49腳的第二功能為 MSP430F149 單片機， SCLK（子系統(tǒng)時鐘）的輸出端。 50腳的第二功能為 MSP430F149 單片機， ACLK（輔系統(tǒng)時鐘）的輸出端。 52 腳， 53 腳為外部高頻時鐘晶振輸入端（程序中說明一般用 XT2CLK 或HF XTAL 表示）。 8腳， 9腳為外部低頻時鐘晶振輸入端（程序中說明一般用 LFXTICLK表示）。 59腳 TA0， 60腳 TA1， 61腳 TA2， 2腳 A3， 3 腳 A4， 4 腳 A5， 5腳 A6， 6 腳A7 的第二功能為 8路的內部 12 位 ADC 模擬電壓輸入端口。 54 腳 TDO/TDI， 55 腳 TDI/TCLK， 56 腳 TMS， 57 腳 TCK 為 JTAG 接口（同時擁有仿真器和編程器的功能），用于下載程序并實現(xiàn)硬件在線仿真。 單片機控制模塊 單片機控制模塊由 MSP430f149 最小系統(tǒng)組成，其中包括單片機，晶振電路和復位電路。 （ 1） 單片機 圖 單片機硬件原理圖 （ 2）晶振電路 河北聯(lián)合大學信息工程學院 6 MSP430 系 列單片機時鐘模塊包括數(shù)控振蕩器 (DCO)、高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器等 3 個時鐘源。這是為了解決系統(tǒng)的快速處理數(shù)據(jù)要求和低功耗要求的矛盾，通過設計多個時鐘源或為時鐘設計各種不同工作模式，才能解決某些外圍部件實時應用的時鐘要求，如低頻通信、 LCD 顯示、定時器、計數(shù)器等。數(shù)字控制振蕩器 DCO 已經集成在 MSP430 內部，在系統(tǒng)中只需設計高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器兩部分電路。 低速晶體振蕩器滿足了低功耗及使用 晶振的要求。低速晶振振蕩器默認工作在低頻模式，即 ，也可以通過外接 450kHz～ 8MHz 的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式，在本電路中我們使用低頻模式，晶振外接 2個 15pF 的電容經過 X3和 X4 連接到 MCU。 高速晶振也稱為第二振蕩器，它為 MSP430F149 工作在高頻模式時提供時鐘，最高可達 8MHz。在系統(tǒng)中采用 4MHz 的晶體，外接 2 個 20pF 的電容經過 X1 和 X2連接到單片機。 圖 晶振電路原理圖 （ 3）復位電路 單片機采用上電復位，復位端低電平有效。 第 2 章 系統(tǒng)主要模塊介紹和硬件設計 7 圖 復位電路原理圖 GPRS 模塊介紹 MG323 模塊是華為推出的一款 4 頻段的 GPRS 模塊。工作頻段為 GSM850/ 900/ 1800/ 1900 MHz， 電源電壓為 ～ ，推薦電壓為 。 GPRS 模塊 B2B 連接器接口 MG323 模塊對外接口形態(tài)為 50pin B2B 連接器， MG323模 塊 對外 50pin B2B 信號接 口 管腳順序和定義如下圖所示。 河北聯(lián)合大學信息工程學院 8 圖 B2B 連接器接口順序和定義 第 2 章 系統(tǒng)主要模塊介紹和硬件設計 9 圖 MG323 模塊硬件電路圖 MG323 電源接口 MG323 模塊 B2B 接口 的 電源部分主要包含：供電電源 VBAT 接口，實時時鐘 RTC 備用電源 VCOIN 接口，對外電源輸出 VIO 接口 。 表 21 電源接口管