【正文】 基于 MSP430 單片機(jī)的無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 院（系）： 電氣信息工程學(xué)院 年級(jí)專(zhuān)業(yè)： 電子信息工程 指導(dǎo)教師： 助理指導(dǎo)教師： 二〇一五年五月 摘要 I 摘 要 在目前多變的社會(huì)工作環(huán)境下，面對(duì)日益增加的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，各個(gè)行業(yè)對(duì)技術(shù)的要求也越來(lái)越高，各種惡劣的工作環(huán)境也進(jìn)入了我們工作的范圍中，在溫度方面來(lái)說(shuō)，各種嚴(yán)格的溫度條件已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)中起著 決定性的作用，所以對(duì)溫度的把握決定著生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)水平。對(duì)于蔬菜存儲(chǔ)，在溫度的把握上同樣是必不可少的，由于倉(cāng)庫(kù)溫度的變化和蔬菜自身的新陳代謝，使蔬菜的溫度升高，導(dǎo)致蔬菜的品質(zhì)下降，甚至腐爛。而在食品加工行業(yè)里，人們很少使用溫度傳感器，所以實(shí)物的變質(zhì)期大大提前。 (6)可以隨時(shí)進(jìn)行更新，與調(diào)試。 LCD 控制器可以自動(dòng)生成達(dá)到 196段信號(hào)，能夠直接驅(qū)動(dòng) LCD 顯示器。 主要性能指標(biāo) ●工作溫度范圍， 40℃～ +80℃ ●工作頻率范圍， ～ ●數(shù)據(jù)傳輸速率支持 1Mbps、 2Mbps ●小體積， QFN20 4x4mm 封裝 ●發(fā)射功率可選擇為 0dBm、 6dBm、 12dBm 和 18dBm ● 126 個(gè)通訊通道， 6 個(gè)數(shù)據(jù)通道，滿(mǎn)足多點(diǎn)通訊和調(diào)頻需要 ● MCU 可通過(guò) IRQ 引腳快判斷是否完成數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送 ●數(shù)據(jù)包每次可傳輸 1～ 32Byte 的數(shù)據(jù) ●低功耗的設(shè)計(jì)，接收時(shí)的工作電流為 ， 0dBm 功率發(fā)射的時(shí)侯 ，掉電模式時(shí)僅為 900nA ●可通過(guò)軟件設(shè)置工作頻率、通訊地址、傳輸速率和數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度 ●增強(qiáng)型“ ShockBurst”工作模式，硬件的 CRC 校驗(yàn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的地址控制 ● 4 線(xiàn) SPI 通訊端口 ，通訊的速率最高可達(dá)到 8Mbps，適合與各種 MCU 連接，編程簡(jiǎn)單 硬件模塊設(shè)計(jì) 11 NRF24L01 引腳功能 （ 1）引腳如圖 所示： 圖 （ 2） 各引腳功能如表 ： 表 引腳功能表 管腳 名稱(chēng) 管腳功能 說(shuō)明 1 CE 數(shù)字輸入 RX或 TX模式選擇 2 CSN 數(shù)字輸入 SPI片選信號(hào) 3 SCK 數(shù)字輸入 SPI時(shí)鐘 4 MOSI 數(shù)字輸入 從 SPI數(shù)據(jù)輸入腳 5 MISO 數(shù)字輸出 從 SPI數(shù)據(jù)輸出腳 6 IRQ 數(shù)字輸出 可屏蔽中斷腳 7 VDD 電源 電源（ +3V） 8 VSS 電源 接地（ 0V） 9 XC2 模擬輸出 晶體振蕩器 2腳 10 XC1 模擬輸入 晶體振蕩器 1腳 11 VDDPA 電源輸出 給 RF功率放大器提供 + 12 ANT1 天線(xiàn) 天線(xiàn)接口 1 13 ANT2 天線(xiàn) 天線(xiàn)接口 2 14 VSS 電源 接地（ 0V） 15 VDD 電源 電源（ +3V） 16 IREP 模擬輸入 參考電流 硬件模塊設(shè)計(jì) 12 17 VSS 電源 接地（ 0V） 18 VDD 電源 電源（ +3V） 19 DVDD 電源輸出 去耦電路電源正極端 20 VSS 電源 接地（ 0V） 工作 原理 當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，最初的 nRF24L01 直接配置成傳送模式：則接收節(jié)點(diǎn)地址為 TX ADDR TX PLD 根據(jù)定時(shí)跟有效數(shù)據(jù)被寫(xiě)入在 SPI nRF24L01 的端口緩沖區(qū)， TX PLD 必須連續(xù)讀寫(xiě) CSN，然而 TX ADDR 寫(xiě)再發(fā)射一次，然后 CE置高，至少為 10μ s， 130μ s 延時(shí)后發(fā)送數(shù)據(jù) 。 nRF24L0l 的 所有配置寄存器定義的配置字，配置寄存器可通過(guò) SPI 端口進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。 其主要性能指標(biāo)： ●無(wú)須外部器件； ●零待機(jī)功耗； ●獨(dú)特的單線(xiàn)接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； ●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； 圖 NRF24L01 連接圖 MSP430F149 硬件模塊設(shè)計(jì) 15 ●多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； ●可通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)供電，電壓范圍 為 ~； ●用戶(hù)可定義報(bào)警設(shè)置； ●溫度以 9 或 12 位數(shù)字； ●負(fù)電壓特殊的特性，電源極性接反的時(shí)時(shí)候，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而導(dǎo)致燒毀，但卻不能正常進(jìn)行工作。當(dāng)此位設(shè)置為 0， R1和 R0 DS18B20 的工廠是用來(lái)設(shè)置的決議，如表 所示： 表 DS18B20 配置寄存器表 R1 R0 分辨率 溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 375ms 1 1 12位 750ms 根據(jù) DS18B20 通 信的協(xié)議，如果主機(jī)控制的 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換必須依次完成三個(gè)步驟： DS18B20 面前每次訪(fǎng)問(wèn)必須要復(fù)位，當(dāng)一個(gè)成功的 ROM 執(zhí)行命令后發(fā)送一個(gè)新的復(fù)位，最后再進(jìn)行發(fā)送 RAM 命令，以執(zhí)行預(yù)定操作 DS18B20 的文頓采集。每個(gè)模塊之間相互聯(lián)系，溫度采集來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò) DAC 轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳到中央處理器進(jìn)行處理，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊將處理的數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端，接收端將接收道德數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷檢測(cè)的數(shù)據(jù)是否符要求，然后將處理后的數(shù)據(jù)分別發(fā)送給 LCD,和上位機(jī)。 nRF24L01A 上電是將芯片的 PWR_UP 管腳設(shè)置為高電平，上電以后才可以對(duì) nRF24L01A 進(jìn)行控制和讀寫(xiě)操作。 InitSys()。 } } DS18B20 的初始化 圖 DS18B20的初始化流程圖 初始化 18 B 20發(fā)跳過(guò) ROM 命令開(kāi)始發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令等待完成溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度到緩沖區(qū)調(diào)用溫度處理子程序 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 初始化 DS18B20 代碼如下： Init_DS18B20(void) { DQ = 1 。 RF24L01_IO_set()。 RF24L01_CE_0 。在上位機(jī)上顯示出溫度曲線(xiàn)。 在硬件方面，與單片機(jī)連接的 DS18B20，有兩個(gè)方式，一種是直接連接到外部電源 Vcc， GND 接地， I / O 和 I/ O 線(xiàn)直接連 接單片機(jī) 。 GND 為電源地 。常用的配置寄存器如 表 所示： 表 NRF24L0l 配置寄存器表 地址（ H） 寄存器名稱(chēng) 功能 00 CONFIG 設(shè)置 24L01工作模式 01 EN_AA 設(shè)置接收通道及自動(dòng)應(yīng)答 02 EN_RXADDR 使能接收通道地址 03 SETUP_AW 設(shè)置地址寬度 04 SETUP_RETR 設(shè)置自動(dòng)重發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)間和次數(shù) 07 STATUS 狀態(tài)寄存器，用來(lái)判定工作狀態(tài) 0A~0F RX_ADDR_P0~P5 設(shè)置接收通道地址 10 TX_ADDR 設(shè)置接收接點(diǎn)地址 11~16 RX_PW_P0~P5 設(shè)置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度 硬件模塊設(shè)計(jì) 14 NRF24L01 與主芯片連接的電路圖 溫度傳感器 DS18B20 功能特性描述 本系統(tǒng)主要是基于無(wú)線(xiàn)溫度單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 芯片。如果接收到回復(fù)，則認(rèn)為該通信是成功的， TX_DS 設(shè)定得高，而 TX_PLD 從 TX FIFO 中刪除 。 LCD功耗極低不僅擁有多段而且還具備阻斷功能。 （ 2）中心主要部分分為兩個(gè)模塊，一個(gè)作為數(shù)據(jù)采集后的處理，另一塊作為接收后的數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)在溫度控制大多采用智能調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器有國(guó)產(chǎn)的也有國(guó)外的，國(guó)產(chǎn)調(diào)節(jié)器分辨率和精度較低，溫度控制效果不是很理想，但價(jià)格便宜，國(guó)外調(diào)節(jié)器分辨率和精度較高，價(jià)格較貴。 隨著微電子技術(shù)和信號(hào)分析處理技術(shù)的推廣，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到廣闊地應(yīng)用，在工業(yè)的生產(chǎn)與控制中，運(yùn)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以采集實(shí)時(shí)的溫度、濕度、電壓、電流、壓力、流量等諸多工業(yè)參數(shù)，在將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的同時(shí)并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，將所得的結(jié)果，以不同的反方式反饋給用戶(hù)和控制系統(tǒng)，在科學(xué)研究上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以為我們提供大量的幫助，成為探索科學(xué)奧秘的重要途徑。 本系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，以溫度信息采集、存儲(chǔ)、通信、處理為研究對(duì)象，課題以 MSP430F149 和 NRF24L01 為主芯片， 使用 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集 ，實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集、無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)挠布?、軟件設(shè)計(jì)，以及上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)。因此，精確的溫度測(cè)量，對(duì)于科學(xué)研究數(shù)據(jù)的正確性和產(chǎn)品質(zhì)量的保證有著十分重要的意義。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 溫濕度是影響紡織品質(zhì)量的重要因素，但紡織企業(yè)對(duì)溫度的測(cè)控手段仍很粗糙，十分落后，絕大多數(shù)仍在使用濕度計(jì)，靠人自身觀測(cè)與感受，在控制方面上靠人工控制，其控制效果可想而知。系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)如圖 所示 圖 單 片 機(jī) MSP430F149 單 片 機(jī) MSP430F149 溫度傳感器 復(fù)位電路 復(fù)位電路 無(wú)線(xiàn)發(fā)送 無(wú)線(xiàn) 接收 LCD 顯示 上位機(jī)顯示 蜂鳴器報(bào)警 控制電路 系統(tǒng) 總體概要 4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 根據(jù)各種的環(huán)境特點(diǎn)以及課題要實(shí)現(xiàn)的具體功能 ,所研制的溫度無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需滿(mǎn)足以下設(shè)計(jì)要求： (1)中心模塊和溫度采集模塊設(shè)備的體積要小 ,有力于安裝在不同的工作環(huán)境下，同時(shí)也方便移動(dòng)； (2)設(shè)備的成本低，性能可靠，安裝簡(jiǎn)單 。它們分別是，定時(shí)器， SPI， I2C，硬件乘法器， LCD 驅(qū)動(dòng)器，看門(mén)狗（ WDT），十幾個(gè)不同的外設(shè)組合 / 12 位 DCA， I / O 端口，基本定時(shí)器（基本定 時(shí)器），實(shí)時(shí)時(shí)鐘（ RTC）和 USB 控制器等模塊，其中，看門(mén)狗復(fù)位可以使失控程序迅