基于MSP430单片机的无线温度监控系统应用设计.docx
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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
学生姓名：
学生学号：
院（系）：
电气信息工程学院
年级专业：
电子信息工程
指导教师：
助理指导教师：
二〇一五年五月
摘要
在目前多变的社会工作环境下，面对日益增加的工业竞争，各个行业对技术的要求也越来越高，各种恶劣的工作环境也进入了我们工作的范围中，在温度方面来说，各种严格的温度条件已经在各个行业中起着决定性的作用，所以对温度的把握决定着生产的工业生产水平。
所以在这种环境下，本系统的研究有着重要的意义。
本系统采用无线通信技术，以温度信息采集、存储、通信、处理为研究对象，课题以MSP430F149和NRF24L01为主芯片，使用DS18B20温度传感器进行数据的采集，实现温度数据采集、无线传输的硬件、软件设计，以及上位机监测软件设计。
MSP430F149对采集到的温度进行处理，然后通过无线发送模块NRF24L01把温度数据发送给接收端。
接收端采用也采用MSP430F149为核心，从而保证数据的准确。
通过无线接收模块NRF24L01接收数据，通过MSP430F149处理，然后在LCD1602液晶显示器上显示出温度的数值，从而实现对温度的无线检测。
温度数据采集模块由微处理器模块、无线通讯模块、温度采集模块和电源模块构成；中心模块由微处理器、无线通信模块、串口通讯模块、存储器和电源模块构成。
温度数据采集模块在通电后就开始采集测量设备温度，然后通过无线传输方式将测量的温度触底给中心模块进行处理。
中心模块将收到的温度数据进行分析处理，然后在显示模块上显示出采集到的温度，并在上位机上显示出温度变化曲线。
上位机软件由VisualC++6.0来开发，实现对系统的管理和分析，提供参数设置、报警、显示等功能。
关键字MSP430单片机，温度传感器，无线传输模块，上位机
ABSTRACT
Inthechangeablesocialenvironment,inthefaceofincreasingindustrialcompetition,technicalrequirementsofvariousindustriesareincreasinglyhigh,allkindsofbadworkingenvironmentintothescopeofourwork,intermsoftemperature,temperatureofvariousstrictconditionshasbeenintheindustryplaysadecisiverole,sotograspthetemperaturedeterminestheproductionlevelofindustrialproduction.Sointhisenvironment,itisveryimportanttoresearchthesystem.
Thesystemuseswirelesscommunicationtechnology,thetemperatureinformationcollection,storage,communication,processingastheresearchobject,subjecttoMSP430F149andNRF24L01asthemainchip,dataacquisitionusingDS18B20temperaturesensor,temperaturedataacquisition,wirelesstransmission,hardwareandsoftwaredesign,andPCmonitoringsoftwaredesign.TheMSP430F149ofthecollectedtemperature,thenthetemperaturedatasenttothereceivingterminalthroughthewirelesstransmissionmoduleNRF24L01.ThereceiveralsousesMSP430F149asthecore,soastoensuretheaccuracyofthedata.ReceivedatathroughthewirelessreceivingmoduleNRF24L01,throughMSP430F149processing,andthendisplaythevalueofthetemperatureintheLCD1602liquidcrystaldisplay,soastorealizethewirelessdetectionoftemperature.
Thetemperaturedataacquisitionmoduleiscomposedofamicroprocessormodule,wirelesscommunicationmodule,temperatureacquisitionmoduleandpowersupplymodule;thecentermoduleiscomposedofmicroprocessor,wirelesscommunicationmodule,serialcommunicationmodule,memorymoduleandpowersupply.Thetemperaturedataacquisitionmoduletomeasuringequipmentstemperatureafterpower,temperatureandcontactthroughthewirelesstransmissionwillmeasurethebottomtothecentralprocessingmodule.Thetemperaturedatacentermodulewillreceivetheanalysis,thenthedisplaymoduleshowsthecollectedtemperature,andshowedthetemperaturechangecurveinpc..ThePCsoftwaredevelopedbyVisualC++6.0,realizethemanagementandanalysisofthesystem,provideparametersetting,alarm,displayandotherfunctions.
KeywordsMSP430microcontroller,temperaturesensor,wirelesstransmissionmodule,PC
1绪论
1.1背景与前景
温度是工业生产中最基本的测量参数之一，无论物体的物理变化还是化学变化都与温度密切相关，温度检测在工业生产过程中具有着重要的地位。
因此，精确的温度测量，对于科学研究数据的正确性和产品质量的保证有着十分重要的意义。
例如，在现在工业中的冶金行业中，准确的温度测量可以提高金属产量和降低能源消耗。
在农业上，现在的反季节蔬菜越来越多，在此中对于温度的把握也是不可忽视的，温度的准确把握可以提高蔬菜的产量。
对于蔬菜存储，在温度的把握上同样是必不可少的，由于仓库温度的变化和蔬菜自身的新陈代谢，使蔬菜的温度升高，导致蔬菜的品质下降，甚至腐烂。
所以对温度有效的检测，对研究和我们日常的生活都有巨大的作用。
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。
1.2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
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。
1.3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。
2系统总体概要
2.1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++6.0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2.1所示
图2.1系统的原理结构图
2.2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；
2.3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。
3硬件模块设计
3.1主芯片模块的介绍
3.1.1MSP430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。
MSP430MCU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。
3.1.2主要性能
（1）高性能十六位架构
（2）超低功耗量最低120µA/MHz@2.2V
（3）自我唤醒功能、RAM保持模式（LPM3）：
最低0.7µA@2.2V
（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
3.1.3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3.1为芯片的引脚图。
图3.1芯片引脚图
各引脚的的功能如表3.1所示：
表3.1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
P6.0/A0
I/O
通用数字I/O口/模拟量输入A0－12位ADC
60
P6.1/A1
I/O
通用数字I/O口/模拟量输入A1－12位ADC
61
P6.2/A2
I/O
通用数字I/O口/模拟量输入A2－12位ADC
2
P6.3/A3
I/O
通用数字I/O口/模拟量输入A3－12位ADC
3
P6.4/A4
I/O
通用数字I/O口/模拟量输入A4－12位ADC
4
P6.5/A5
I/O
通用数字I/O口/模拟量输入A5－12位ADC
5
P6.6/A6/DAC0
I/O
通用数字I/O口/模拟量输入A6－12位ADC/DAC.0输出
6
P6.7/A7/DAC1
I/O
通用数字I/O口/模拟量输入A7－12位ADC/DAC.1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
P1.0/TACLK
I/O
通用数字I/O引脚/定时器A时钟信号TACLK输入
13
P1.1/TA0
I/O
通用数字I/O引脚/定时器A捕获：
CCI0A输入，比较：
OUT0输出
15
P1.3/TA2
I/O
通用数字I/O引脚/定时器A捕获：
CCI2A输入，比较：
OUT2输出
16
P1.4/SMCLK
I/O
通用数字I/O引脚/SMCLK信号输出
17
P1.5/TA0
I/O
通用数字I/O引脚/定时器A，比较：
OUT0输出
18
P1.6/TA1
I/O
通用数字I/O引脚/定时器A，比较：
OUT1输出
19
P1.7/TA2
I/O
通用数字I/O引脚/定时器A，比较：
OUT2输出
20
P2.0/ACLK
I/O
通用数字I/O引脚输出
21
P2.1/
TAINCLK
I/O
通用数字I/O引脚/定时器A，INCLK上的时钟信号
22
P2.2/CAOUT/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
P2.3/CA0/TA1
I/O
通用数字I/O引脚/定时器A，比较：
OUT1输出
26
P2.6/
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
P2.7/TA0
I/O
通用数字I/O引脚/定时器A比较：
OUT0输出
28
P3.0/STE0
I/O
通用数字I/O引脚，USART0/SPI模式从设备传输使能端
29
P3.1/SIMO0/SDA
I/O
通用数字I/O引脚，USART0/SPI模式的从入/主出，IC数据
30
P3.2/SOMI0
I/O
通用数字I/O引脚，USART0/SPI模式的从出/主入
31
P3.3/UCLK/
SCL
I/O
通用数字I/O引脚，USART0/SPI模式的外部时钟输入，IC时钟输出
32
P3.4/UTXD0
I/O
通用数字I/O引脚，USART0/UART模式的传输数据输出
33
P3.5/URXD0
I/O
通用数字I/O引脚，USART0/UART模式的接收数据输入
34
P3.6/UTXD1
I/O
通用数字I/O引脚，USI1/UART模式的发送数据输出
35
P3.7/URXD1
I/O
通用数字I/O引脚，USI1/UART模式的接收数据输入
36
P4.0/TB0
I/O
通用数字I/O口/Timer_B,捕捉；CCI0A或CCI0B输入、比较:
Out0输出捕获I/P或者PWM输出端口－定时器B7CCR0
37
P4.1/TB1
I/O
通用数字I/O口/Timer_B,捕捉；CCI1A或CCI1B输入、比较:
Out1输出捕获I/P或者PWM输出端口－定时器B7CCR1
38
P4.2/TB2
I/O
通用数字I/O口/Timer_B,捕捉；CCI2A或CCI2B输入、比较:
Out2输出捕获I/P或者PWM输出端口－定时器B7CCR2
39
P4.3/TB3
I/O
通用数字I/O口/Timer_B,捕捉；CCI3A或CCI3B输入、比较:
Out3输出
捕获I/P或者PWM输出端口－定时器B7CCR3
40
P4.4/TB4
I/O
通用数字I/O口/Timer_B,捕捉；CCI4A或CCI4B输入、比较:
Out4输出
捕获I/P或者PWM输出端口－定时器B7CCR4
41
P4.5/TB5
I/O
通用数字I/O口/Timer_B,捕捉；CCI5A或CCI5B输入、比较:
Out5输出
捕获I/P或者PWM输出端口－定时器B7CCR5
42
P4.6/TB6
I/O
通用数字I/O口/Timer_B,捕捉；CCI6A或CCI6B输入、比较:
Out6输出
捕获I/P或者PWM输出端口－定时器B7CCR6
43
P4.7/TBCLK
I/O
通用数字I/O口/Timer_B，时钟信号TBCLK输入端。
输入时钟TBCLK－定时器B7
44
P5.0/STE1
I/O
通用数字I/O口/slavetransmitenable—USART1/SPI模式
USART1/SPI模式从设备传输使能端
45
P5.1/SIMO1
I/O
通用数字I/O口/USART1/SPI模式的slavein/masterout
USART1/SPI模式的从入/主出
46
P5.2/SOMI1
I/O
通用数字I/O口/USART1/SPI模式
USART1/SPI模式的从出/主入
47
P5.3/UCLK1
I/O
通用数字I/O口/
USART1/SPI模式的外部时钟输入，USART0/SPI模式的时钟输出
48
P5.4/MCLK
I/O
通用数字I/O口/
主系统时钟MCLK输出
49
P5.5/SMCLK
I/O
通用数字I/O口/
子系统时钟SMCLK输出
50
P5.6/ACLK
I/O
通用数字I/O口，辅助时钟ACLK输出/辅助时钟ACLK输出
51
P5.7/TBOUTH
/SVSOUT
I/O
通用数字I/O口
升级会员 