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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于msp430的無(wú)線家庭安防裝置(存儲(chǔ)版)

  

【正文】 0 與單片機(jī)的借口極為簡(jiǎn)單,只需要將 DS18B20 的信號(hào)線與單片機(jī)的一雙向口相連即可。 圖 MQ5測(cè)試電路 MQ5型氣敏元件對(duì)不同種類,不同濃度的氣體有不同的電阻值。隨著煤氣的濃度增加,溫度傳感器的 D3的電阻值逐漸降低, MQOUT處所分的電壓逐漸增大。為了可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接,在進(jìn)行原理設(shè)計(jì)之間,所用到的元器件都必須在元器件庫(kù)中存在,否則,應(yīng)在 SCHLIB 中做出所需的元器件并存入庫(kù)文件中。布線的基本原則為:在組裝密度許可情況下后,盡量選用低密度布線設(shè)計(jì),并且信號(hào)走線盡量粗細(xì)一致,有利于阻抗匹配。如此往復(fù)焊接芯片的所有管腳。 紅外線對(duì)射節(jié)點(diǎn)軟件流程圖 紅外對(duì)射節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)從窗戶入侵到室內(nèi)的險(xiǎn)情,檢測(cè)到險(xiǎn)情后將傳送給基站,或者接收到從室內(nèi)節(jié)點(diǎn)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí),將此數(shù)據(jù)傳送給基站。由于電阻和電容都是貼片的 ,并且非常小,所以焊接的過(guò)程中一方面要注意虛焊,另一方面還要特別注意焊錫不能涂太多,以免短路;對(duì)單片機(jī)和其它多管腳的芯片的焊接也是要非常小心謹(jǐn)慎,要保證每個(gè)管腳都焊接在電路板上,又要保證每個(gè)管腳都是獨(dú)立的,即沒(méi)有過(guò)多的焊錫使管腳相連短路。由于各芯片的供電電壓不同,所以要在焊其他元件之前保證電源正確的輸入和輸出。調(diào)試期間可以利用 IAR 軟件中的中斷、設(shè)置斷點(diǎn)、觀察數(shù)據(jù)等功能,看是不是實(shí)現(xiàn)你要的功能了 。單片機(jī)接收到煤氣信號(hào)再 控制 LED 亮,同時(shí)打開蜂鳴器 。 通過(guò)程序可知我們?cè)O(shè)定當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度值超過(guò) 30℃時(shí),單片機(jī)就控制 LED 亮。本次設(shè)計(jì)完成了一個(gè)紅外線對(duì)射防盜節(jié)點(diǎn),一個(gè)檢測(cè)溫度、煤氣、煙霧數(shù)據(jù)的家庭安防網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)以及基站和上位機(jī) 軟件的 設(shè)計(jì)。 對(duì)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì),首先我要深深地感謝我的導(dǎo)師夏娜老師,本設(shè)計(jì)是在夏老師精心指導(dǎo)下完成的。 Human Interactive Communication (ROMAN 2021) [C]. USA, IEEE Press, 2021, 385390. [10] Lili Yang. Safety and Security of Remote Monitoring and Control of intelligent Home Environments [A]. Proceedings of the 2021 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cyberics [C]. USA, IEEE Press, 2021, 229235. 29 附錄 一:硬件電路原理圖 圖 (附錄) MSP430單片機(jī)系統(tǒng)電路圖 圖 (附 錄) DS18B20傳感器電路 30 圖 (附錄) 煤氣采集模塊原理圖 圖 (附錄) 煙霧傳感器模塊 31 圖 (附錄) CC2430無(wú)線模塊的電路圖 圖 (附錄) MAX3232串行通信接口電路 32 附錄二: PCB圖及實(shí)物圖 及上位機(jī)界面 圖 (附錄) 煙霧、煤氣 檢測(cè) 傳感器節(jié)點(diǎn) PCB圖 圖 (附錄) 紅外線對(duì)射節(jié)點(diǎn) PCB圖 33 圖 (附錄 ) 基站 PCB圖 圖 (附錄 ) 紅外線對(duì)射節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖 34 圖 (附錄) 煙霧、煤氣檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖 圖 (附錄) 紅外線對(duì)射 傳感器節(jié)點(diǎn) 對(duì)射示意圖 35 圖 (附錄) 基站 圖 (附錄) 上位機(jī)界面 36 附錄三:程序源代碼 附錄 紅外線對(duì)射節(jié)點(diǎn)單片機(jī)源程序 1. ,端口中斷程序,當(dāng)中斷 發(fā)生 時(shí),說(shuō)明有入侵,原理如正文所述。 Tx0S(A3RQU\\n)。 unsigned char rxbuf0。//+LISTEN。=~SWRST。 //Setting direction to output tx0flg=1。039。 URXIFG0)) { UTCTL0 amp。A39。 if(count==0) { d=0。 Tx0S(U\\n)。 TXBUF0=c。 TXEPT))。 delay(10000)。 //Reading data from RXBUF0 for clearing URXIFG0 automatically // delay(1000)。 d=100。 } pragma vector=UART0RX_VECTOR __interrupt void usart0_rx (void) { _DINT()。039。 //Setting input P3OUT |=0x10。 U0ME=URXE0+UTXE0。 //Ready for configurating serial39。 37 unsigned char yanwuflg,meiqiflg,logo。 } pragma vector=PORT1_VECTOR __interrupt void portio (void) { if(P1IFGamp。 同時(shí),在論文寫作過(guò)程中,我還參考了有關(guān)的書籍和論文,在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。 本系統(tǒng)具有低功耗、無(wú)需布線、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),而且用 Zigbee組建 網(wǎng)絡(luò) ,網(wǎng)絡(luò) 省電、可靠、成本低、容量大、安全, 能夠很方便的擴(kuò)展新功能,增加新節(jié)點(diǎn)等,順應(yīng)數(shù)字化家居系統(tǒng)的潮流,因此可以得到廣泛的應(yīng)用。 同時(shí) 本系統(tǒng)有很好的擴(kuò)展性,可以根據(jù)實(shí)際情況增加或減少傳感器的數(shù)量,具有很大的靈活性;避免了布線的復(fù)雜,從安裝便利程度上看具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì);另外此網(wǎng)絡(luò)還具有一定的智能性,是一種很有前景的家庭安防網(wǎng)絡(luò)。 把煙頭 遠(yuǎn)離 傳感器,傳感器發(fā)個(gè)單片機(jī)的信號(hào)又變?yōu)榈碗娖?,單片機(jī)再 關(guān)閉 LED 和蜂鳴器。首先我們拿一個(gè)打 火機(jī)靠近煤氣傳感器,按下開關(guān)但不點(diǎn)燃打火機(jī),讓打火機(jī)內(nèi)的煤氣進(jìn)入煤氣傳感器MQ5。 軟件測(cè)試 硬件調(diào)試成功后,就要把 程序通過(guò)編譯器下載到芯片內(nèi),通過(guò)調(diào)試軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。 拿到板子 以后, 先 要 按元件 大小 焊接元器件 ,先焊小元件 。 初 始 化 D S 1 8 B 2寫 T H 、 T L 和 C O N F I G 存 儲(chǔ) 器發(fā) 跳 過(guò) R O M 指 令發(fā) 開 始 溫 度 轉(zhuǎn) 化 命 令等 待 2 n s返 回 值 i = 1 ?讀 存 儲(chǔ) 器 溫 度 數(shù) 據(jù)將 溫 度 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 化 成 十 進(jìn) 制 數(shù)控 制 L E D 亮延 遲 2 s溫 度 3 0 ℃ ?NYY開 始 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 給 C C 2 4 3 0N 圖 溫度采集流程圖 23 開 始 初始化 MQ 5 發(fā)開始檢測(cè)煤氣命令 讀 P 2 . 0 口電壓 為高電平? 檢測(cè)到煤氣, L ED 亮 , 蜂鳴器 響 發(fā)送 數(shù)據(jù) 給 C C 243 0 N Y 圖 煤氣檢測(cè)流程圖 開 始 初始化 MQA 214 發(fā)開始檢測(cè)煙霧命令 讀 P 2 . 1 口電壓 為高電平? 檢測(cè)到煙霧, L ED 亮 , 蜂鳴器 響 N Y 發(fā)送 數(shù)據(jù) 給 C C 243 0 圖 煙霧檢測(cè)流程圖 24 6 電路調(diào)試與實(shí)驗(yàn) 結(jié)果 硬件電路調(diào)試 硬件電路調(diào)試包括電路板的焊接,電源測(cè)試,各個(gè)芯片的測(cè)試等。 網(wǎng)絡(luò)層次由 MSP430程序生成。首先要用焊錫固定住芯片的一端使芯片固定在正確的位置上。因?yàn)檎粕嫌闷返捏w積都很小,元器件間排列很緊湊,因此對(duì)于體積較大的元器件,必須優(yōu)先考慮,確定出相應(yīng)位置,并 考慮相互間的配合問(wèn)題。 a) Protel99 SE 采用的是工程( PROJECT)數(shù)據(jù)庫(kù)模式管理,在 Windows 99 下是隱含的,應(yīng)先 建立 1個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件用于管理所設(shè)計(jì)的電路原理圖與 PCB 版圖。 單片機(jī)通過(guò)檢測(cè) MQOUT處的電壓是否為零來(lái)判斷有無(wú)煤氣。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳,其中4個(gè)用于信號(hào)取出,2個(gè)用于提供加熱電流。 DS18B20 講測(cè)得的溫度放入頭兩個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器中,數(shù)據(jù)格式如下: 溫度值的低字節(jié): 溫度值的高字節(jié): 其中: S代表符號(hào)位 , S=1,溫度位負(fù)值; S=0,溫度為正值。室內(nèi)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖如圖 。單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給 CC2430, CC2430 就可以無(wú)線發(fā)送出去, CC2430 接收到無(wú)線數(shù)據(jù)也透明傳送給單片機(jī)。對(duì)于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后在燒寫或掩膜芯片;對(duì)于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境,因?yàn)槠骷瑑?nèi)有 JTAG 調(diào)試接口,還有可電擦寫的 FLASH 存儲(chǔ)器,因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi),再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn) 行,由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。 由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開的功能模塊不同,即采用不同的工作模式,芯片的功耗有著顯著的不同。 超低功耗 MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗,是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處 。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。 串口通信的概念非常簡(jiǎn)單,串口按位( bit)發(fā)送和接收字節(jié)。 TSZigBeeCC2430 無(wú)線模塊 CC2430 是無(wú)線 SOC設(shè)計(jì),其內(nèi)部集成了一個(gè)高性能 DSSS 射頻射頻收發(fā)器核心和一個(gè)增強(qiáng)型 8051 控制器核心以及大量必要的電路,因此采用較少的外圍電路即可實(shí)現(xiàn)信號(hào) 的收發(fā)功能。 基站模塊還帶有 RS232串行接口,能與上位機(jī)之間進(jìn)行串行通信 ,將 接收到的數(shù)據(jù)送給上位機(jī)軟件進(jìn)行處理、顯示等操作。室內(nèi)節(jié)點(diǎn)在需要使用時(shí)打開,打開即可連入網(wǎng)絡(luò),不需要使用時(shí)可以關(guān)閉。圖 是總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 在這樣的背景下,人們希望有一個(gè)面向普通居民、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),能夠及時(shí) 發(fā)現(xiàn) 發(fā)生的異常情況,把損失降到最低。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)大面積、低成本、隨機(jī)分布的節(jié)點(diǎn)能方便地獲取環(huán)境科學(xué)中需要的隨機(jī)信息的監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì),例如監(jiān)測(cè)海洋、大氣、降雨量、土壤成分等。由于傳感器節(jié) 點(diǎn) 微型化,節(jié)點(diǎn)的電池能量有限,而且由于物理限制難以給節(jié)點(diǎn)更換電池,所以傳感器節(jié)點(diǎn)的電池能量限制是整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的約束之一,它直接決定了網(wǎng)絡(luò)的工作壽命。每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器)、數(shù)據(jù)處理和控制模塊(微處理器、存儲(chǔ)器)、通信模塊 (無(wú)線收發(fā)器)和供電模塊(電池、 DC/DC 能量轉(zhuǎn)換器)等組成,如圖 所示。系統(tǒng)嵌入 CC2430 的ZigBee 模塊,可以組建無(wú)線星狀網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和簇狀網(wǎng)絡(luò)。一些高檔小區(qū)的報(bào)警系統(tǒng)因價(jià)格昂貴不能被廣大消費(fèi)者所接受,這也限制了它的推廣。也就是說(shuō)操作者和計(jì)算機(jī)協(xié)同完成圖像分割,充分地利用了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算能力和人的實(shí)際操控經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰?。網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)用 MSP430 超低功耗單片機(jī)作為 MCU,采用紅外對(duì)射傳感器檢測(cè)入侵,環(huán)境檢測(cè)傳感器檢測(cè)室溫、煙霧和煤氣等可燃?xì)怏w,并通過(guò) ZigBee 組建無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò) 將檢測(cè)信號(hào)發(fā)送到遠(yuǎn)端基站,基站接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)串口通信發(fā)送給上位機(jī),上位機(jī)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)值,并對(duì)異常情況(入侵、火災(zāi)、煤氣泄漏等)進(jìn)行報(bào)警。 wireless sensor。它是當(dāng)前對(duì)人類生活方式產(chǎn)生重大影響的研究熱點(diǎn)之一 [1]。而基于傳感器技術(shù)的報(bào)警系統(tǒng)已成為主流,如采用溫度傳感器、門磁感應(yīng)傳感器和紅外對(duì)射傳感器的報(bào)警系統(tǒng)。 本文分為 六 章。 圖 傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)( WSN)的特點(diǎn) 和功用 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)有: (1)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、密度高。 (5)以數(shù)據(jù)為中心( data centric)。無(wú)線傳感網(wǎng)的自組織、微型化、高感知能力,使其具有極為廣泛的商業(yè)運(yùn)用,如服務(wù)業(yè)采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)商品流通、服務(wù)環(huán)境秩序、金融流通安全等。 一旦發(fā)生危險(xiǎn),可能造成節(jié)點(diǎn)與基站斷開連接,造成無(wú)法通信信息。 當(dāng) 監(jiān) 測(cè) 到 入 侵 信 號(hào) 或 接 收 到 室 內(nèi)節(jié) 點(diǎn) 傳 送 來(lái) 的 數(shù) 據(jù) 時(shí) , 傳 送 數(shù) 據(jù) 給 基 站 ,告 知 基 站 異 常 信 號(hào) 類 型 。 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 MSP430 和 CC2430 無(wú)線單片機(jī) 的開發(fā)環(huán)境 都 是 IAR Embedded Workbench 集成開發(fā)環(huán)境, IAR Embedded Workbench 是支持眾多知名半導(dǎo)體公司的微處理器的 C編譯器,是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務(wù)的供應(yīng)商 IAR Systems 的產(chǎn)品 。它結(jié)合一個(gè)高性能 DSSS(直接序列擴(kuò)頻 )射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級(jí)小巧高效的8051 控制器。 CC2430 無(wú)線模 塊的電路如圖 所示。比如 IEEE488 定義并行通行狀態(tài)時(shí)
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