MSP技术（共12篇）
MSP技术 篇1
0 引言
直接数字频率合成器DDS(Direct Digital Frequency Synthesis)相对带宽很宽,频率转换时间极短(ns级),频率分辨率很高(可达μHz),全数字化结构便于集成,输出相位连续,频率、相位和幅度均可实现程控。因此能够充分发挥软件的作用,并且成本低,功耗小。采用DDS芯片AD9850和低功耗MSP430单片机实现的正弦信号发生器,输出信号具有高精度、高频率、高稳定度的特点。
1 DDS的基本原理
直接数字合成法采用直接数字合成技术DDS(Direct Digital Synthesizer),这是一种新型的频率合成技术,主要通过相位累加查表方法实现任意波形合成,它将波形幅值数据存到波形存储器中,调节频率控制字,并在时钟源的激励下让相位累加器以频率控制字为间隔采样波形存储器中所存波形,最后经D/A转换器和低通滤波器输出波形。本设计采用一款典型的DDS芯片AD9850[1]。
AD9850芯片的主要性能指标如下:
(1)单电源工作:+3.3 V或+5 V;(2)接口简单,可用8位并行口或串行口直接装载频率和相位调制数据;(3)片内有高性能D/A转换器和高速比较器,可输出正弦波和方波;(4)最高工作时钟125 MHz,32位频率控制字保证在125 MHz的工作时钟下频率分辨率达0.029 1 Hz;(5)5位调相控制字,可实现相位调制功能;(6)频率转换速率极快,可达2.3×107次/s;(7)低功耗:在125 MHz时钟频率、+5 V电源工作时,功耗为380 m W;(8)110 MHz时钟频率、+3.3 V工作时,功耗为155 m W。
AD9850芯片采用先进的DDS技术,在内部集成了32位相位累加器、14位正/余弦查询表和高性能的10位D/A转换器以及一个高速比较器,其原理框图如图1所示。
2 正弦信号发生器的硬件设计
本设计采用MSP430系列16位单片机MSP430F449作为主控芯片[2],MSP430采用高效的精简指令集(RISC)结构,此单片机具有非常高的集成度,它集成了多通道12-bit的A/D转换器、模拟比较器、多个包含捕捉/比较寄存器的定时器、串行通信接口USART、看门狗定时器、数控振荡器(DCO)、硬件乘法器、大量的I/O端口以及最多可达64 KB的Flash和2 KB RAM,可以满足大多数设备的应用需要。其内部预设了JTAG模块,具有完整的在线调试功能,可利用片内Flash方便地实现软件升级。
本系统硬件接口电路如图2所示,MSP430通过P3口与AD9850连接,P2.5、P2.6和P2.7分别模拟DDS_RST、FQ_UP和W_CLK。P1口与键盘连接,P4、P5口接RT12864CT图形点阵液晶显示,实现人机交互。
AD9850芯片的外围电路如图3所示,AD9850通过并口写入的频率控制字来设定相位累加器的步长大小,相位累加器输出的数字相位通过查找正/余弦查询表得到所需频率信号的采样值,然后通过D/A变换,输出所需频率的正弦波信号。还可以通过高速比较器将该正弦波信号转换成方波,作为时钟信号输出。输出信号的频率公式:fout=(ΔPhase×CLKIN)/232;其中fout为输出频率,其单位为MHz。ΔPhase为32位的频率转换字。CLKIN是DDS芯片工作频率,系统使用106.25 MHz的有源晶振。当CLKIN=106.25 MHz时,频率合成器的分辨率Δfout=CLKIN/232=0.024 7 Hz。
3 软件设计
3.1 初始化
初始化包括系统内存单元清零,液晶的初始化并显示本系统开机画面,键盘初始化并开外部中断,然后进入低功耗状态。
3.2 按键处理
MSP430单片机P1口具有中断功能,采用中断方式判断是否有键按下,消抖后用扫描方式找到闭合键。中断产生后唤醒MSP430。按键被定义为功能键和数字键,功能键用于选择输出波形方式:正弦波,AM,FM,ASK,FSK,后四者用于功能扩充;数字键用于输入频率。
3.3 AD9850子程序
AD9850外围电路图如图3所示,操作流程为上电后对AD9850进行复位,以保证后续操作的有效性;然后对AD9850频率数据寄存器进行更新,在5个总线写操作周期中,将工作方式字W0和频率参数W1~W4依次写入AD9850,最后使FQ_UP产生一个高电平脉冲(对其地址进行一次写操作),经过18个工作时钟周期后AD9850就输出所需要的频率信号。输出的信号经过一个低通滤波器滤波后得到所需要的波形。AD9850数据更新时序图如图4所示。
AD9850子程序为:
void dds_freq(char Fq_Word[5])//存放频率控制字
4 结语
通过对正弦信号发生器在不同频率下的输出波形进行了测试,本系统能够实现高精度、宽频带、控制灵活的正弦信号输出。输出范围1 Hz~30 MHz,频率步进1 Hz,输出频率稳定。输出信号稳定不失真,工作性能可靠,具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]张晞,王德银,张晟.MSP430系列单片机实用C语言程序设计[M].北京:人民邮电出版社,2005.
[2]沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.
MSP技术 篇2
业
论
文
开
题
报
告
1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：
文
献
综
述
一、题目背景和研究意义
温度是工业生产中最常见和最基本的参数之一，在生产过程中常需对温度进行实时监控。通常采用单片机完成对温度信息的存储、实时控制、检测以及数字显示。这对于提高企业生产效率、提升产品质量、节约能源等都有重要的作用。为此，本文设计了一种温度采集系统，选用DS18B20数字温度传感器和TI公司的MSP430FG4618单片机作为主控制器[1]。
采用这种设计的温度采集系统，可以实现温度检测、信息存储、实时控制以及数字显示，对于提高企业生产效率、节约能源及资源都有重要的作用，具有很大的发展前景[1]。
二、温度传感器及温度测量的国内外发展现状
2.1
温度传感器的国内外发展现状
温度的测量方法通常分为两大类即接触式测温和非接触式测温。接触式测温是基于热平衡原理，测温时，感温元件与被测介质直接接触，当达到热平衡时，获得被测物体的温度，例如，热电偶，热敏电阻，膨胀式温度计等就属于这一类；非接触式测温基于热辐射原理或电磁原理，测温时，感温元件不直接与被测介质接触，通过辐射实现热交换，达到测量的目的，例如，红外测温仪、光学高温计等[2]。
常用的测温传感器有热电偶，热电阻，导体温度传感器等，由于科学技术的发展，现多使用集成温度传感器，这里选用的是DS18B20。
集成温度传感器可以分为三类：模拟集成温度传感器、模拟集成温度控制器、智能温度传感器。
智能式传感器是一个以微处理器为内核扩展了外围部件的计算机检测系统。相比一般传感器，智能式传感器有如下显著特点[3]：
1.提高了传感器的精度
智能式传感器具有信息处理功能，通过软件不仅可修正各种确定性系统误差(如传感器输入输出的非线性误差、服度误差、零点误差、正反行程误并等)而且还可适省地补偿随机误差、降低噪声，大大提高了传感器精度。
2.提高了传感器的可靠性
集成传感器系统小型化，消除了传统结构的某些不可靠因素，改善整个系统的抗干扰性能；同时它有自诊断、自校淮和数据存储功能(对于智能结构系统还有自适应功能)，具有良好的稳定性。
3.提高了传感器的性能价格比
在相同精度的需求下，多功能智能式传感器与单一功能的普通传感器相比，性能价格比明显提高，尤其是在采用较便宜的单片机后更为明显。
4.促成了传感器多功能化
智能式传感器可以实现多传感器多参数综合测量，扩大测量与使用范围;有一定的自适应能力，根据检测对象或条件的改变，相应地改变量程反输出数据的形式;具有数字通信接口功能，直接送入远地计算机进行处理；具有多种数据输出形式(如RS232串行输批，PIO并行输出，IEE-488总线输出以及经D/A转换后的模拟量输出等)，适配各种应用系统。
2.2
温度测量的国内外发展现状
虽然温度测量方法多种多样，但在很多情况下，对于实际工程现场或一些特殊条件下的温度测量，比如对极限温度、高温腐蚀性介质温度、气流温度、表面温度、固体内部温度分布、微尺寸目标温度、大空间温度分布、生物体内温度、电磁干扰条件下温度测量来讲，要想得到准确可靠的结果并非易事，需要非常熟悉各种测量方法的原理及特点，结合被测对象要求选择合适的测量方法才能完成。同时，还要不断探索新的温度测量方法，改进原有测量技术，以满足各种条件下的温度测量需求[4]。
温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。
目前，红外温度仪因具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。表1列出了常用的测温方法和特点，其中红外测温作为一种常用的测温技术显示出较明显的优势。
测温方法
温度传感器
测温范围（℃）
精度%
接触式
热电偶
-200~1800
0.2~1.0
热电偶
-50~300
0.1~0.5
非接触式
红外测温
-50~300
其它
示温材料
-35~2000
<1
表1常用测温方法和特点
三、课题的基本技术原理
1.基于MSP430的温度采集系统的结构
本系统主要由DS18B20温度传感器及MSP430单片机两部分组成，其系统结构框图如图1所示：
DS18B20温度传感器
MSP430单片机
报警模块
按键输入模块
LCD显示模块
电源及复位模块
图1
温度采集系统结构框图
上述各个模块的功能是：
传感器：将被测非电量即温度转换成电信号。温度传感器的种类很多，有热电偶、热电阻和热敏电阻等，这里选用的是DS18B20集成温度传感器。
MSP430微处理器：实现对从传感器输入的数字信号进行存储、控制及显示等功
能。
按键输入模块：应用软件程序确定报警启动的上限温度及下限温度。
电源及复位模块：为整个系统提供电源及复位信号。
报警模块：当所测温度超过设定的上限温度或下限温度时启动，蜂鸣器报警。
LCD显示模块：显示当前所测得的温度值。
2.温度传感器的选型
2.1
温度传感器的选型
本设计选用DS18B20温度传感器，作为一种数字化温度传感器，DS18B20测温时无需任何外部元件，可直接输出9~12位（含符号位）的被测温度值，测温范围为-55Ǜ~+125℃；在-10~+85℃范围内测量精度为±0.5℃，输出测量分辨率可谓，最高可达0.0625℃；支持“单线总线”技术，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与单片机的通信；现场温度直接以“单线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力。传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果[5]。
2.2
DS18B20的内部结构及管脚分布
DS18B20主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器，如图2
所示。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂多个DS18B20的目的。高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入[6]。
64位ROM
和单线端口
存储器和逻辑控制
暂存器
8位CRC产生器
温度传感器
上限触发TH
下限触发TL
电源检测
VDDD
DQ
图2
DS18B20的内部结构
DS18B20数字温度计以9位数字量形式反映器件的温度值。DS18B20通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需要一条连接线（加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。因为每个DS18B20都有一个独特的片序列号，所以多只DS18B20可以同时连接在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监控和控制等方面非常有用[7]。
GND：接地
DQ：数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路
VDD：可选的VDD脚。
3.MSP430的简介及功能特性
3.1
MSP430的简介
MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低
功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器(Mixed
Signal
Processor)。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中[8]。
3.2
MSP430的功能特性[9-16]
低电源电压范围：1.8V至3.6V
超低功耗：主动模式：400微安在1MHz，2.2V也可
待机模式：2.5微安
关闭模式（RAM保持）：0.35微安
有5种省电模式，待机到唤醒不到6us
如表2
模式
状态
低功耗模式0
LPM0
CPU关闭，ACLK和SMCLK信号活动，MCLK停止
低功耗模式1
LPM1
CPU关闭，ACLK和SMCLK信号活动,MCLK停止，若没有被外围模块使用,DCO发生器关闭
低功耗模式2
LPM2
CPU关闭，MCLK和SMCLK停止，-ACLK保持活动，DCO发生器保持活动
低功耗模式3
LPM3
CPU关闭，MCLK和SMCLK停止，-DCO发生器停止，ACLK保持活动
低功耗模式4
LPM4
CPU关闭，MCLK和SMCLK停止，-ACLK停止，DCO发生器停止，晶体振荡器停
表2
MSP430的5种省电模式
16位RISC架构，扩展内存，125ns指令周期时间
三通道内部DMA
12位A/D转换器具有内部参考，采样保持和自动扫描功能
电源电压监控器可编程电平检测
串行通信接口（USART1的），选择异步UART或同步SPI的软件三个可配置运算放大器
FALSH存储模块主要特点：
编程可使用位、字节和字操作
可以通过JTAG、BSL和ISP进行编程
1.8V~3.6V工作电压，2.7~3.6V编程电压
数据保持时间从10年到100年不等
可编程次数从100到
100,000次
60K空间编程时间<5秒
保密熔丝烧断后不可恢复，不能再对JTAG进行任何访问
FALSH
编程/擦除时间由内部硬件控制，无需任何软件干涉
参考文献：
[1]王晓银，基于MSP430F149单片机的温度监测系统的设计[期刊论文]-微计算机信息，2006(22)
[2]姜忠良，陈秀云.温度的测量与控制[M].北京:清华大学出版社,2005：26~27
[3]金永贤，智能化电子产品的低功耗设计[J]，华东交通大学学报，200l，18(1)：15-16．
[4]叶湘滨、熊飞丽等.传感器与测试技术[M].北京：国防工业出版社，2008：285~28
[5]陈跃东，DS18B20集成温度传感器原理及其应用，2002(4)
[6]Teaxs
Instrument
Inc
MSP430xlxx
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user＇s
guide
2007
[7]
周云波，由DS18B20单线数字温度计构成的单线多点温度测量系统，1996(2)
[8]祖静，新概念动态测试.动态测试技术专题，2006
[9]秦龙，MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲，2007
[10]TeaxslnstrumentIncMSP430x15x,MSP430x16x,MSP430x161xmixedsignalmicrocontroller
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[11]张文栋，存储测试系统的设计理论及其应用，2004
[12]沈建华、杨艳琴、翟骁曙，MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用，2008
[13]魏小龙，MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例，2002
[14]Teaxs
Instrument
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MSP430F16X/161Xdeviceerrata
Sheet
2007
[15]胡大可，MSP430系列单片机C语言程序设计与开发，2003
[16]魏小龙，MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例，2002
２．本课题要研究或解决的问题和采用的研究手段（途径）：
一．本课题所要研究的问题：
如何设计一个温度采集及显示系统。1.设计MSP430单片机的最小工作系统及其外围模块电路；2.学习DS18B20温度传感器的单总线协议；
3.调试各个功能模块的程序，使该系统能够测量并显示温度值；4.检测系统的功耗。
二．本课题拟采用的研究手段：
拟设计的研究方案框图如图3所示。
DS1B20传感器
Msp430单片机
时钟
复位系统
电源系统
LED显示及报警
图3
方案的总体设计框图
该方案选用DS18B20作为温度传感器、MSP430为主控制器，并将温度值显示在LCD显示屏上。传感器根据温度的变化输出一定的模拟数字信号，该信号进入MSP430中，此过程需要系统内的定时器按照一定的频率控制不断循环运行，从而达到实时采集的目的，采集后的温度值存储于FLASH中。最后，经LCD液晶显示屏把温度显示出来，并在必要的时候报警。
三．相关软件环境和开发平台
软件平台：电路原理图、PCB板图制作软件PROTEL
99SE；MSP430相关的软件编程环境
IAR
硬件平台：万用表、示波器、计算机等
毕
业
论
文
开
题
报
告
指导教师意见：
X同学通过检索大量的温度传感器及温度测量电路的相关论文资料，对本课题的研究背景、研究意义、国内外研究现状的相关理论都有了基本的了解。
本设计拟采用MSP430芯片完成对温度的测量，同时涉及单片机最小系统及低功耗的设计。开题报告书写条理清晰、思路明朗、结构紧凑、有着重点。
该方案合理可行，同意开题。
指导教师：
****年**月**日
所在系审查意见：
系主任：
MSP技术 篇3
MSP430系列器件包含CPU、程序存储器(ROM、 OTP和Flash ROM)、数据存储器(RAM)、运行控制、外围模块、振荡器和倍频器等主要功能模块。其基本结构如图1所示。可以看出，MSP430内部包含了计算机的所有部件，是一个真正的单片机(微控制器MCU)。
CPU CPU 由一个16位的ALU、16个寄存器和一套指令控制逻辑组成，其逻辑简图如图2所示。在16个寄存器中，程序计数器PC、堆栈指针SP、状态寄存器SR和常数发生器CGl、CG2这4个寄存器有特殊用途。除了R3和R2外，所有寄存器都可作为通用寄存器来用于所有指令操作。常数发生器是为指令执行时提供常数的，而不是用于存储数据的。对CGl、CG2访问的寻址模式可以区分常数的数据。
在CPU内部有一组16位数据总线和16位的地址总线；CPU运行正交设计、对模块高度透明的精简指令集；PC、SR和SP配合精简指令组所实现的控制，使应用开发可实现复杂的寻址模式和软件算法。
存储器 MSP430系列采用 “冯-纽曼结构”。因此，RAM、ROM和全部外围模块都位于同一个地址空间内，即用一个公共的空间对全部功能模块进行寻址。支持外部扩展存储器是将来性能增强的目标。特殊功能寄存器及外围模块安排在000H～1FFH区域；RAM和ROM共享0200H～FFFFH区域，数据存储器（RAM）的起始地址是0200H。
存储器与CPU及存储器数据总线(MDB)、存储器地址总线(MAB)的连接关系如图3所示。
（1）程序存储器 MSP430系列程序存储器的类型有ROM、OTP和Flash ROM三种，存储器的类型和容量示于本刊网站的表1中。
ROM的容量在1～60KB之间；对于Flash型的芯片，内部还集成有两段128B（共256B）的信息存储器以及1KB存放自举程序的自举存储器（BOOT ROM）；对代码存储器的访问总是以字形式取得代码，而对数据可以用字或字节方式访问。每次访问需要16条数据总线（MDB）和访问当前存储器模块所需的地址总线（MAB）；存储器模块由模块允许信号自动选中。最低的64KB空间的顶部16个字，即0FFFFH～0FFE0H，保留存放复位和中断的向量；在程序存储器中还可以存放表格数据，以实现查表处理等应用；程序对程序存储器可以任意读取，但不能写入。
（2）数据存储器 数据存储器(RAM)经两条总线与CPU相连，即存储器地址总线MAB和存储器数据总线MDB（见图3）。
数据存储器可以以字或字节宽度集成在片内，其容量在128B～10KB之间；所有指令可以对字节或字进行操作。但是对堆栈和PC的操作是按字宽度进行的，寻址时必须对准偶地址。
运行控制 MSP430系列微控制器的运行主要受控于存储在特殊寄存器(SFR)中的信息。不同SFR中的位可以允许中断，以支持取决于中断标志状态的软件以及定义外围模块的工作模式。
禁止外围模块，停止它的功能，可以减少电流消耗，而所有存储在模块寄存器中的数据仍被保留。外围模块的工作模式可以用SFR的特定位置来标明。
外围模块 外围模块包括基本定时器（Basic Timer）、16位定时器(Timer_A及Timer_B)、ADC转换器、I/O端口、异步及同步串行通讯口（USART）以及液晶显示驱动模块等。
外围模块经MAB、MDB与CPU相连。图4所示为外围模块的连接总线示意图。从图中可以看出，外围模块可分为字（16位）模块和字节（8位）模块两种。对大多数外围模块，MAB通常是5位，MDB是8位或16位。
字节（8位）模块的数据总线是8位的，需经总线转换电路与16位的CPU相连。这些模块的数据交换毫无例外地要用字节指令处理；对字（16位）模块，其数据总线是16位的，无需经过转换而直接与CPU的16位数据总线相连。模块的操作指令就没有任何限制。MSP430系列所包含的字节（8位）模块和字（16位）模块，请参看本刊网站上的表2和表3。
振荡器和时钟发生器 振荡器LFXT1（LF）是专门为通用的低功耗32768 Hz时钟晶振设计的。除了晶体外接外，所有的模拟元件都集成在片内。但是也可以用一个高速的晶振工作，这时需要外接负载电容。
对于F13X、F14X、F15X和F16X以及F4XX系列，片内还有一个可接入高速晶振的XT2振荡器。除了晶体振荡器之外，F13X、F14X、F15X和F16X系列都有一个数字控制RC振荡器（DCO），用它实现对振荡器的数字控制和频率调节；对于F4XX系列，将晶振频率用一个锁频环电路(FLL或FLL＋)进行倍频。FLL或FLL＋在上电后以最低频率开始工作，并通过控制一个数控振荡器(DCO)来调整到适当的频率。供处理器工作的时钟发生器的频率固定在晶振的倍频上，并提供时钟信号MCLK。
MSP技术 篇4
近年来,疯牛病、口蹄疫、禽流感和人-猪链球菌等动物疾病在全世界范围内发生之后,人们开始重视对动物的控制、监督和预防。其中之一的措施是对动物的生长、加工以及流通等环节实施全过程、全方位的有序管理和监控[1]。
动物身份识别的实践表明,电子识别方法中的射频识别(RFID)在动物管理中起的作用越来越重要[2]。读写器的设计是RFID系统中的重点,它是读取和修改射频电子标签信息的重要工具。现提出了基于MSP430F449的设计方案。
1 系统组成
基于RFID技术的动物识别和跟踪管理系统主要由电子标签、读写器以及计算机网络及数据库管理软件组成。
(1)电子标签。电子标签由耦合元件及芯片组成,在本设计中,射频电子标签即为内嵌EM4469射频芯片的动物用耳标。
(2)读写器。主要由天线、无线收发模块、控制模块以及接口电路组成。
(3)计算机网络及数据库管理软件。主要实现数据信息的存储与管理。
当便携式手持读写器准备读射频电子标签时,读写器会发射固定频率的电磁波,同时电子标签会接收读写器发出的射频信号,射频芯片的数据解压器不断探测来自天线端的信号,将带有信息的感应电流进行解码并提取数字信号进入逻辑控制电路进行信息处理,凭借感应电流所获得的能量发出存储在芯片上的基本的动物ID信息以及其他所需的管理信息。读写器读取信息后,通过解码后送至信息系统进行相关的数据处理并保存[3]。
2 系统硬件设计
本系统应用RFID技术进行射频发射及读写。本系统主要是电子标签和读写器两大部分的组成,接下来介绍两部分的硬件设计。
2.1 电子标签的类别
目前,用于动物识别的电子标签形式主要有项圈式、耳标式、可注射式和药丸式,各有自身特点和适用范围。
2.2 射频芯片的选择
本设计中,采用瑞士Microelectronic公司生产的EM4469射频芯片。EM4469射频芯片通过内部集成的整流器来供电。
2.3 读写器设计
本系统的便携式手持读写器体积小,携带方便,可以由管理人员带到动物身边读写耳标,主要由天线、射频部分、控制部分以及主机接口等四大模块组成,另外,为了方便用户使用,用来显示和输入数据的液晶显示屏和键盘也是不可缺少的。设计图如图1所示。
天线:在电子标签和读写器之间传递射频信号。
射频芯片:读写器与射频电子标签之间的信息交换是通过射频芯片及外围电路实现。
控制芯片:控制LCD屏幕显示和键盘的操作并且辅助射频芯片工作。
主机接口:可通过串口和无线通信两种方式完成。
2.3.1 MSP430F449芯片简介
MSP430F449是TI公司推出的16位RISC超低功耗微控制器,是同系列中配置较高的一款。该芯片FLASH存储器多达60KB,RAM多达2KB。同时它具有丰富的内部功能模块。
2.3.2 MSP430F449的工作模式
MSP430F449控制器可由软件配置6种不同的工作模式,即一种活动模式和五种低功耗模式。各种低功耗模式可以通过中断回到活动模式。通过设置控制位,也可以从活动模式进入到相应的低功耗模式。
综合本系统的综合情况考虑,由于MSP430F449内的CPU可以在6μs内被唤醒并达到稳定的工作状态,所以可以选择LPM3模式,可以在不影响到读写器其他系统功能的情况下达到低功耗的工作模式。
3 系统软件设计
本系统软件的设计主要包括读写器各模块的驱动和PC机管理系统两部分。
3.1 底层驱动设计
3.1.1 液晶模块驱动设计
液晶显示器的驱动难点在于液晶各寄存器的配置。实现如开显示、关显示、行列显示、图形显示等功能。在设计驱动程序时,分为数据地址和命令地址。在编程时把写命令和传送数据分为两个函数,便于调用,也便于在其他的控制器中使用。
3.1.2 FLASH存储模块驱动设计
FLASH模块主要用于存储从电子标签读取的或从后台管理系统下载的信息。由于MSP430F449的FLASH存储器有很多相对独立的段组成,因此可以在一个段中运行程序,而在另外一个段中进行擦除和写入数据的操作。
3.2 读写器控制模块驱动设计
读写器控制模块在读写器中占据核心地位,主要包括以下模块:
射频部分:射频芯片的初始化、配置和发送模式的设置及中断的设定。
人机界面部分:液晶端口的初始化、键盘的初始化。
存储部分:各寄存器的设定。
串口通信部分:端口设定、寄存器配置及中断设定。
3.3 上位机信息交换以及数据库存储的软件设计
动物识别和跟踪管理系统,将日常所涉及的各种信息、记录和报表等资料完全实现计算机自动化处理。从而节省人力消耗,避免错误操作。具体模块如下所述:
动物基本信息模块。此模块的主要功能是建立动物基本信息档案。
饲料管理模块。
疾病管理模块。在此模块中可以记录动物的疾病情况。
防疫免疫检疫模块。
人员管理子系统。用来记录畜牧场职工的个人资料和所负责的工作等信息。数据管理子系统。可根据需要打印相关报表。
结束语
简要介绍基于MSP430F449的动物识别和跟踪管理系统的基本结构和工作原理以及动物识别和跟踪管理系统的软件设计。通过现场测试,可以安全可靠的采集到动物的各种信息,可投入商业使用。
摘要：MSP430F449是TI公司推出的超低功耗16位RISC微控制器,具有5种节电模式和丰富的内部功能模块;常用于基于RFID(Radio Frequency Identification)技术的射频标签读写器的硬件读写模块中。介绍了MSP430F449的特点和存储结构,并阐述了应用MSP430F449的射频标签读写器的组成、工作原理以及系统的软件设计方法。
关键词：MSP430F449,RFID,电子标签,读写器
参考文献
[1]陈一天.RFID及其在动物识别与跟踪中的应用[J].金卡工程,2005(7):39-42.
[2]范国连.基于电子识别的动物身份识别与跟踪系统[J].农机化研究,2008(6):97-99.
MSP技术 篇5
摘要：实时多任务操作系统(RTOS)能有效提高嵌入式平台的资源利用效率，是嵌入式应用的必然趋势。本文阐述基于MSP430F149的RTOS――M430/OS。它由汇编写成、短小精干、占用系统资源少、运行稳定可靠，目前已在思达高科配网技术公司产品上得到应用。关键词：RTOS 任务调度 MSP430
引 言
1 在MSP430上使用RTOS的意义
一般的观点认为，MSP430上使用RTOS是没有意义的这是可以理解的。因为MSP430的硬件资源有限(以MSP430F149为例，只有2KB RAM),任何商业操作系统都不可能移植到MSP430上。目前在MSP430上得到应用的RTOS，只有μC/OS-II，但使用μC/OS-II 必须有昂贵的C编译器，这严重地限制了其在MSP430上的使用。
正是基于以上情况，笔者在应用MSP430过程中，编写了一个基于MSP430F149的RTOS，暂定名为M430/OS。它占用RAM量少、代码短小，稍加改动就可适用于大多数其它MSP430单片机。
在MSP430单片机系统上使用M430/OS，对系统有以下意义：(本网网收集整理)
① 实现软件设计的模块化。可将不同的功能模块编制成相应的任务，由操作系统按级别调用，不必为先执行哪个功能、后执行哪个功能而费神。
② 能更合理、有效地利用CPU有限的资源。按任务的重要程度安排任务的级别，能够保证最重要的任务得以最及时执行。
③ 大大降低系统故障率。低优先级的任务发生阻塞时，高优先级任务的执行不受影响。
2 M430/OS在MSP430F149上的实现
2.1 M430/OS功能特点
M430/OS有以下特点：
① 采用占先式内核，即高优先级的任务可以从低优先级任务“抢”回CPU控制权；
② 每个任务都单独开辟一个任务栈；
③ 每个任务占十几到几百字节的任务堆栈，任务栈的大小可以根据任务中现场数据、局部变量和嵌套调用的情况估算；
④ 每个任务各分配一个优先级,不支持两个任务有相同的优先级；
⑤ 不支持信号量、邮箱功能；
⑥ 任务状态只有三种：运行(executing)、就绪(ready)、挂起(suspended)；
⑦ 系统占用RAM量=（（任务个数+1）×4）+6字节，不包括任务堆栈；
⑧ 代码量少，目前版本的代码共有86行汇编代码，256字节目标代码；
⑨ 理论上最多支持126个任务；
⑩ 任务锁定功能：在一段低优先级的代码中，不想让操作系统把CPU权切换到别的任务，这时可以把这代码锁定，在运行这段代码时，就不会引起任务切换；
任务唤醒功能：在一个任务中产生一个的事件来触发其它任务运行（如果被触发的任务优先级高的话，就会马上运行）。
2.2 系统函数介绍
① OS_Init：多任务初始化，进行任务栈（任务栈的结构见图1）、任务延时计数、任务状态的初始化。初始化完成后，系统直接切换到最高优先级的任务，多任务系统启动。
② OS_Time_Dly：把当前任务挂起一段指定时间让其它任务运行。
③ OS_Sched：任务调度，它先把每个任务的延时数减1，然后再找出最高优先级的就绪任务，并切换到这个就绪任务。如果无就绪任务，就切换到空闲任务。
④ OS_Free_Task：空闲任务，是一个很重要的系统任务，当所有任务都挂起时，运行此任务。它主要是对一个计数器Free_Count一直进行累加，用户可以根据这个计数器计算出CPU的利用率。
⑤ OS_Task_Lock：锁定任务调度，禁止任务调度。主要用来锁定在低优先级中的一些可重入的代码或一些重要代码。
⑥ OS_Task_Unlock：解锁任务调度，和上面的子程序功能相反。
⑦ OS_Task_Wakeup：唤醒指定优先级的任务，并产生一次任务调度，如果被唤醒任务的优先级比当前运行的任务的优先级高，任务就会切换到被唤醒的任务中，否则等待下一个调度时机。
2.3 主要功能的实现
（1）任务初始化
系统加电运行后，首先对硬件资源进行初始化，接着就要对多任务进行初始化了。主要是初始化每个任务的任务栈、每个任务的时钟滴答数和堆栈指针位置。我们把每个任务栈都初始化成图1形式。
任务栈的初始化如下程序（r11是用来初始任务堆栈的一个指针，r10是一个循环计数器）：
mov.w #(栈底 + 2) , r11
clr.w Task_Tick(r10) ;清0时钟滴答数
mov.w #任务首地址 , 0(r11) ;把任务地址压入堆栈
mov.w SR , -2(r11) ;把标志寄存器放入任务栈
mov.w r11 , Task_SP(r10)
sub.w #现场所占的字节数 , Task_SP(r10) ;SP位置放
;入堆栈
初始化完任务栈之后，就把堆栈指针指向最高任务优先级任务栈的任务首地址处，再执行ret返回。这样，多任务就启动开了，程序如下：
mov.w #09feh , sp ;最高优先级的任务栈任务首地
;址位置
ret ;返回到最高优先级的任务
任务初始化的流程如图2所示。
（2）时钟节拍
时钟节拍由MSP430F149的TimerA产生。TimerA工作于上升模式，CCR0中是TimerA计数最大值。TimerA初始化代码如下：
bis.w #(TASSEL1+TACLR+MC_1),&TACTL
mov.w 2(sp),&CCR0 ;计数最大值，此值决定时钟节拍
bis.w #CCIE,&CCTL0
（3）任务调度
应用程序调用OS_init进行初始化后，直接切换到最高优先级的任务。
每个任务在运行一个循环后执行OS_ Time_Dly挂起。这是通过把该任务的延时数填到该任务的Task_ Tick中，然后再执行任务调度程序实现。
任务调度就是在定时中断时对所有任务的Task_ Tick减1，然后再按优先级高低的顺序查找Task_Tick减到0的任务，并直接跳到任务切换程序。
下面是任务切换程序（r10的内容是就绪任务的标志，由调度程序找出）：
pushALL ;把当前任务现场入栈
mov.b Now_Task,r11 ;当前任务标志放r11
mov.w sp,Task_SP(r11) ;保存当前任务堆栈指针
mov.b r10,Now_Task ;就绪任务标志变为当前任务标志
mov.w Task_SP(r10),sp ;就绪任务的任务栈指针放入SP
;此时再进行堆栈操作就是对就绪任务的任务栈操作了。
popALL ;把就绪任务的`现场出栈
reti ;中断返回，返回到就绪任务
任务调度的调度时机有两种：一种是在任务挂起时，一种是定时中断。任务挂起时的任务调度一定会引起任务切换，定时中断就不一定引起任务切换了。因为，如果就绪任务是当前正在运行的任务时不会引起切换。正是如此，任务调度是RTOS中执行得最频繁的一个功能，也是最重要的一个功能，所以必须尽量缩减其代码量，尽量用可靠的调度算法来减少任务调度所占的时间。这个子程序的流程如图3所示。
（4）任务锁和其它功能的实现
任务的加锁与解锁，是为了使一些在低优先级任务的不可重入代码，或对实时性要求较高的I/O操作在执行中不产生任务切换。这项功能是通过设置一个标志位实现的。当调度程序检查到任务被锁定时，就算有就绪任务也必须等开锁之后才能切换。
如果系统突然产生一个事件要某个挂起的任务来处理，可以在事件产生的程序中调用任务唤醒。它的原理是把Task_Tick清0，然后执行一次任务调度。如果这个任务优先级较高，就直接切换到这个任务里执行。
3 总 结
MSP技术 篇6
关键词：数字万用表 MSP430F149 单片机
中图分类号：TM933文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）09（b）-0041-02
1 数字万用表的工作原理
数字万用表的最基本功能是测量直流电压、直流电流、交流电压、电阻、温度、电容及频率，其基本组成见图1。
通过功能量程的选择把被测物理量连接到相应的参数转换电路上，经过电路转换成电压或频率使单片机能够直接测量，单片机通过拨位开关得到被测物理量的类型，再通过cpu计算出被测物理量的大小，然后控制液晶显示测量结果。
2 MSP430F149芯片简介
MSP430F149单片机是美国TI公司推出的16位高性能单片机，具有丰富的片内资源，包括时钟模块、捕获/比较模块、Flash模块、看门狗定时器模块、定时器模块、以及通用I/O口模块等。
3 参数转换电路
3.1 直流电压测量电路
直流电压电路如图2所示，可选择3个档位0～3V，0～30V，0～300V。通过电阻分压把被测电压调整到AD的量程（0～3.3V）内。本设计AD转换使用单片机片内集成AD，AD参考电压为3.3V。图中1M电阻和104电容组成低通滤波器可以滤除表笔与被测物体接触时产生的高频信号和空间的电磁干扰使得测量结果更加稳定[1]。
电阻计算：由于电压表要求接到电路上时对电路的电压影响要下，所以输入阻抗越大越好，本设计选择输入阻抗Ro=10M。
3.2 直流电流测量电路
测量电流的原理是根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量，被测电流Ii=Ui/R，Ui=IiR。从图3可以看出，测量电路图中有2A保险丝管，电流过大时会快速熔断，起过流保护作用，由于测量电流是可能会有大电流通过采样电阻所以要考虑采样电阻的功率，所以R4采用1W的电阻，R3、R2采用2W的绕线电阻。图中1M电阻和104电容组成低通滤波器可以滤除表笔与被测物体接触时产生的高频信号和空间的电磁干扰使得测量结果更加稳定[2]。
各档分流电阻的阻值是这样计算的，先计算最大电流档的分流电阻R4，，再计算下一档的R3，，依次可计算出R2和R1。
3.3 电阻测量电路
数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法，其电阻测量电路见图4。由稳压芯片提供测量基准电压3.3V，流过标准电阻Ro和被测电阻Rx的电流基本相等，数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计，图中1M电阻和104电容组成低通滤波器可以滤除表笔与被测物体接触时产生的高频信号和空间的电磁干扰使得测量结果更加稳定。A/D转换器的测量电压和测量基准电压具有如下关系：即：。
电阻计算：当被测电阻阻值在200Ω以下是用100Ω的电阻做分压电阻，；
以此类推…
可计算出。
3.4 交流电压测量电路
交流电压测量是通过二极管1N4007把被测电压进行半波整流，再通过分压电阻把电压降低，再通过电阻和电容组成低通滤波器滤成直流，再经过AD转化成数字值，再经过cpu计算出电压有效值，由于1N4007是普通整流二极管，反向恢复速度较慢所以不能测量高频交流电压[3]。
电阻计算：为了使200V档的分压比为100左右所以R1取9k；750V档的分压比为300所以R2取3k；（图5）
3.5 温度测量电路
（1）LM35简述
LM35系列是精密集成电路温度传感器，其输出的电压线性地与摄氏温度成正比。因此，LM35比按绝对温标校准的线性温度传感器优越感得多。LM35系列传感器生产制作时已经过校准，输出电压与摄氏温度一一对应，使用极为方便。灵敏度为10.0mV/℃，精度在0.4～0.8℃（-55～+150℃溫度范围内），重复性好，低输出阻抗，线性输出和内部精密校准使其与读出或控制电路接口简单和方便，可单电源和正负电源工作[4]。（图6）
（2）应用电路
3.6 频率和电容测量电路
（1）频率测量
频率测量主要是软件设计，单片机I/O口有电平判决功能，所以无论是，正弦波、三角波、还是锯齿波，只需把被测信号接到单片机I/O口上就可以测量，为了防止被测信号的驱动能力过强损坏单片机，在被测信号与单片机之间接上27k电阻防止电流过大。软件设置I/O口下降沿中断，每来一个下降沿计数加1，再用定时器B定时1秒，每次定时中断时读出计数结果并且清零计数。
（2）电容测量电路
电容测量是把电容转化成频率再测量频率来算出电容大小，电容频率变换电路利用lf356高速放大器和电阻电容产生自激振荡，频率。电容频率变换电路如图7所示。其中R为图中R1，R2或R3。因为本设计中单片机测量频率不能高于20kHz，所以要根据上面公式计算出各个电容档对应的电阻，使得振荡产生的频率在单片机测量范围内。例如：当测量nf级电容式对应电阻为27k时，产生的频率范围是168Hz～16.8kHz，满足频率测量范围。
4 系统软件流程
软件设计是设计中最难的部分，它需要把所有的功能综合在一起，由于本设计的功能比较多，要让多种测量方式之间能正常转换，需要设置多种中断，要控制各种中断的开启时间和关闭时间，软件设计包括，AD转换，测量结果转换，LCD显示驱动。系统总体流程图如图8所示，系统开机后，首先进行LCD初始化，ADC初始化，定时器初始化，I/O口中断初始化，开总中断，然后根据按键的输入状态，执行相应处理。
5 结语
本论文结合数字万用表项目，主要论述了各种物理量的测量原理、硬件和软件的设计等。选用了具有较大的片内存储空间的高性能16位微处理器MSP430F149作为控制核心，利用片内高速12位AD转换器做AD转换，利用拨位开关选择测量物理量，利用LCD作静态显示。本文所讨论的数字万用表着眼于低硬件成本、高稳定可靠性、使用方便。具有极高的推广价值。
参考文献
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[2]常健生.检测与转换技术[M].机械工业出版社.2000.180-183.
[3]童诗白.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社.2001.13-21.
MSP技术 篇7
矿用救灾指挥装置是一种用于井下救援的音视频指挥系统, 实现了远距离音视频和环境数据的监测, 为救援指挥人员提供了重要信息。矿井灾害发生后, 井下电网停止运行, 所有救援设备都采用电池供电, 工作时间受到一定限制。按矿山救护规程[1], 呼吸器额定工作时间不小于4 h, 通信设备完成一次工作的时间也不得小于4 h。当救护队员回到井下救援基地更换呼吸器后, 如果需要进行第二次救援工作, 就要求通信设备工作时间更长。
本文设计了一种休眠唤醒装置, 可实现救灾指挥装置网络视频服务器的休眠唤醒功能。网络视频服务器是救灾指挥装置的一部分, 由救援人员随身携带, 休眠唤醒装置的所有功能由控制指挥中心通过该网络视频服务器控制。当指挥人员发现网络视频服务器电量不足或救援人员暂时撤离救援现场时, 可以将网络视频服务器休眠, 从而节省电量, 延长其工作时间;当需要了解救援现场的环境数据时, 可以将网络视频服务器唤醒, 使救援人员在二次救援前对灾害现场的环境情况有一个清晰的了解, 保证救援人员的人身安全[2]。
1装置硬件设计
休眠唤醒装置主要包括主控模块、电源模块、电量监测模块、电源控制模块、信号监测模块、RS485通信模块、环境数据监测模块等, 如图1所示。其中主控模块选用美国TI公司生产的MSP430F149单片机[3,4]。MSP430F149是16位RSIC结构FLASH型单片机, 配备双串口、12位ADC、硬件乘法器等模块, 多种低功耗模式设计, 非常适合低功耗产品的开发。
1.1 电源模块
由于休眠唤醒装置需要随时监测现场环境数据, 电源部分必须为其提供稳定持续的电压。因此, 电源模块的输入直接由镍氢电池串一限流电阻供电, 采用78L05芯片和SPX1117-3.3芯片两级电压变换, 为装置提供+5 V和+3.3 V两个电压。该电源模块最终由环氧树脂灌封以保证其安全性。
1.2 环境数据监测模块和RS485通信模块
MSP430F149有2个USART通信端口, 其性能完全一样, 每个通信端口可通过RS232、RS485等芯片与串行接口电路通信。在本装置中, 第一个USART通信端口外接RS232串口驱动芯片MAX3232, 组成符合EIA-RS232的标准串行端口, 与带串口接口的多参数传感器构成环境数据监测模块。第二个USART通信端口外接RS485驱动芯片SP3485, 构成RS485串行端口, 如图2所示。该RS485通信模块是休眠唤醒装置的核心部分, 环境数据、控制中心的命令等都通过该端口收发[5]。
由于SP3485是半双工的RS485收发器, 同一时刻只能执行接收或发送功能, 因此, 将MSP430F149的P4.1脚作为SP3485的接收/发送功能控制脚。当P4.1为高电平时, SP3485处于发送状态;当P4.1为低电平时, SP3485处于接收状态。正常工作时, SP3485处于接收状态, 接收控制指挥中心发送过来的各种控制指令。由于环境参数和电池电压值也是通过该接口上传到控制中心的, 因此, 利用MSP430F149的定时器功能来切换SP3485的状态。若定时时间到, 将P4.1引脚置为高电平, 并将现场采集到的环境数据和电池电压值上传到控制指挥中心;数据发送完成后, 再将P4.1引脚置为低电平, 使SP3485处于接收状态。
1.3 电量监测模块和电源控制模块
MSP430F149提供一个12位精度的ADC模块, 它具有速度快、通用性强等特点。该模块由输入的16路模拟开关、内部参考电压源、ADC内核、时钟源、数据采集与保持/触发电路、ADC数据输出部分和ADC控制寄存器等组成。在休眠唤醒装置中, 使用一路A/D输入采集电池电压值, 并通过RS485通信端口将电压值传输到网络视频服务器, 进而传输到控制指挥中心。指挥人员可以随时关注设备的电池电量剩余状态, 控制设备休眠功能的开启或关断[6]。
当指挥人员发现设备电量不足或救援人员暂时撤离救援现场时, 可以发送休眠命令给网络视频服务器, 网络视频服务器再通过RS485通信模块将该命令发送到休眠唤醒装置。休眠唤醒装置通过电源控制模块对网络视频服务器断电。此时, 只有休眠唤醒装置带电工作, 从而延长了电池的单次使用时间[7]。电源控制模块电路如图3所示。
图3中, Q1为IR公司生产的第五代HEXFET功率场效应管IRF4905, 它采用先进的工艺技术制造, 具有极低的导通阻抗, 加上其快速的转换速率和以坚固耐用著称的HEXFET设计, 使得IRF4905成为极其高效可靠、应用范围超广的器件。施密特触发器CD40106和电阻R16、R17, 电容C15组成双稳态电路, 作单键控制开关用。
下面对电源控制模块的工作原理作简单说明。假设CD40106的1脚输入高电平, 则4脚也为高电平, 通过电阻R17使电路稳定输出高电平, 此时IRF4905截止, 网络视频服务器断电。因为2脚为低电平, 所以电容C15通过R16放电, PA端保持低电平。按下开关, PA、PB端短路时, CD40106的1脚变为低电平, 4脚也变为低电平, 电路翻转, 稳定输出低电平, 此时IRF4905导通, 网络视频服务器上电。C15通过R16充电, PA端保持高电平。若再按一次开关, 使PA、PB端短路, 电路又回到另一种稳定状态。通过以上分析可知, 只要控制PA、PB两端的接通与断开, 就可以控制网络视频服务器电源的通断。
1.4 信号监测模块
当网络视频服务器的电源被关断后, 信号监测模块一直监测通信线上的唤醒特征电压, 该特征信号由控制指挥中心处的上位机给出。当需要了解救援现场的环境数据时, 可以发出唤醒命令, 由信号监测模块开启网络视频服务器电源, 实现救援现场的音视频和环境数据监测。
2装置软件设计
休眠唤醒装置的软件主要包括主程序和中断服务程序。主程序流程如图4所示。首先初始化系统, 然后判断网络视频服务器的电源状态, 若电源处于开启状态, 则执行电池电量和环境数据上传功能;若电源处于关闭状态, 则等待唤醒特征电压的出现, 特征电压出现后开启网络视频服务器电源。中断服务程序接收两个串口的数据:第一个串口收到数据后将该数据压入环境参数数据队列, 并判断是否需要上传该数据;第二个串口收到数据后判断是否需要休眠网络视频服务器。
为节省内存空间, 便于阅读和管理程序, 软件采用模块化结构。每个功能模块由相应的子程序组成, 用来实现特定功能[4]。
3结语
网络视频服务器休眠时, 只有休眠唤醒装置带电工作。设计电池容量为8 A·h, 网络视频服务器工作电流为860 mA, 休眠唤醒装置工作电流为24 mA。网络视频服务器正常工作时, 电池单次使用时间为9 h;而网络视频服务器处于休眠状态时, 电池单次使用时间可达320 h。可见, 休眠唤醒装置能够有效提高网络视频服务器的利用率, 使多次救援、持续作业成为可能。
摘要：针对矿用救灾指挥装置网络视频服务器采用电池供电工作时间短的缺点, 采用MSP430低功耗单片机设计了一种休眠唤醒装置, 实现了网络视频服务器的休眠唤醒功能, 延长了网络视频服务器电池的使用时间, 使得多次救援、持续作业成为可能。
关键词：救灾指挥,休眠唤醒,网络视频服务器,MSP430
参考文献
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[5]周亮, 李广军.无线传感器网络节点低功耗MCU设计与实现[J].电子技术应用, 2007 (9) :126-129.
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MSP技术 篇8
1 总体设计
图1是汽车防撞系统框图。
系统开始工作时, 测速模块开始检测汽车轮胎的转速, 将数据送给MSP430后计算出此时的车速, 与此同时测距模块开始工作, 把检测到的数据 (前方车辆或障碍物的距离) 传递给单片机。单片机通过处理、分析、计算和比较输入的信息完成碰撞预测和判断功能, 并在危险的时候做出警报。同时单片机通过显示模块显示当前的速度、理论安全距离、实际距离。
2 测速模块
2.1 转速测量方法
这个系统所用的转速测量方法是M法 (测频法) 。转速的定义是指单位时间内轮子所转圈数。这在转换过程中是一种重复运动, 并且是有规律可循的。如果把一块永磁钢安装在车轮轮胎的边沿上, 在汽车开动的时候, 这个永磁钢会随着车轮同时转动。由于霍尔效应, 在这个时候, 固定在一边的霍尔器件会由于受磁钢的磁场影响会输出频率和转速成正比的脉冲信号。下式表达的是信号周期 (t) 与电机的转速 (N) 关系:
其中:N表示车轮的转速;p为车轮转一圈的脉冲数;t为输出信号周期。
2.2 测速电路
图2是测速电路的信号采集部分, 为了滤去电源尖啸使霍尔元件稳定工作, 我们将电容c2并联在电源输入端。我们使用的霍尔元件为HGCS3020, 为了滤去波形尖峰我们在HGCS3020的3端口 (输入端) 与地之间加一个电容 (C3) 。我们在LM324的输出端 (端口1) 接一个电阻R2 (作为上拉电阻) , 这样就构成一个比较器。我们将电位器Rp1与HGCS3020的输出电压进行比较, 通过端口1将得出高低电平信号送给单片机。同时为了保证获得良好数学信号我们用C4来进行波形整形。
3 激光测距模块
3.1 脉冲激光测距原理
开始我们在起始点向目标发射一束短而强的激光脉冲, 然后光功能接收器会接收到光脉冲发射到目标上后反射回的一小部分激光。假定从开始发射激光脉冲到接收器接收到反射信号的时间间隔为t, 那么我们可知两点间的距离D为:
3.2 发射电路设计
首先我们需要产生一段脉冲 (用555定时器作为主要器件) , 我们将脉冲的占空比设为50%, 将它的频率设为500HZ。然后将这段脉冲延时4次, 每次的延时时间为7ns。接下来把得到的结果做一次异或操作, 使得输出的脉冲脉宽为28ns, 频率为1KHZ。这段脉冲就叫窄脉冲。然后再经过半导体激光器传递给功率放大电路将信号放大后送给脉冲激光二极管发射出去。图3为发射电路框图。
3.3 接收电路设计
一般来说, 正常情况下我们所接受到的激光回波信号会十分微弱, 这会使我们的检测工作变得十分困难。造成这种情况的原因是由于光信号从发射点出去到达接收点的路程中往往自身会产生衰减并且目标物也会使其发生漫反射。因此我们需要一个较为灵敏的接收传感器。雪崩二极管的内部增益有很高, 还有非常快响应速度, 所以这里选择雪崩二极管作为光敏接收器。
我们用AGC宽带放大器、跟随放大器和光电传感器组成接收电路。一般来说, 由于接收到的激光回波信号强度与测量点与目标之间的距离值呈反比关系。我们在测距时将AGC信号控制放大器的增益丛5~8db逐渐增加到38db以上, 同时把带宽设置为1.5~15MHz, 这样可消除放大器放大远距离回波信号产生的失真。
往往经放大以后的回波信号会变得不规则, 这是被测目标的远近目标特性不一致所引起的, 为保证控制电路可靠工作, 就必须将它们整形, 使之成为概述很陡、宽度和幅度一定的矩形脉冲。
4 时间间隔测量电路设计和软件实现
由于激光脉冲在空中的传输过程中会产生衰减和畸变, 从而导致接收到的脉冲与发射脉冲在幅度和形状上都有很大的不同。这样就会给很难确定起止时刻, 这样所产生的测量误差就是我们所说的漂移误差, 此外, 由于输入噪声引起时间波动也会给测量带来误差。因此本文用前沿时刻鉴别法来减小误差。
该部分电路核心器件是德国ACAM公司的通用TDC家族的TDC-GP2。TDC-GP2具有比之前产品更高的精度和更小的封装, 并且还拥有高速脉冲发生器, 停止信号使能, 温度测量和时钟控制等功能。
图4为TDC-GP20和MSP43的连接图, 要想完成单片机与TDC-GP2的数据通讯, TDC-GP2的通讯接口SPI可直接与MSP430的SPI口相连, 我们可以通过SPI口控制TDC-GP2的工作。另外START、STOPT1、STOPT2分别为TDC-GP2的三个使能端, 它们与单片机的三个IO口相连, 通过控制使能端的开关来控制TDC-GP2是否能接受外来的信号 (就是开始/截止信号) , 这样就可以达到控制TDC-GP2何时开始时间测量的目的。在这里直接由单片机给出START信号给TDC-GP2的。STOPT1和STOPT2都是截止信号, 前者来自于前段的驱动电路 (指激光管的驱动电路) , 后者来自与接收电路。
TDC-GP2的控制流程图如图5所示:
下面是TDC-GP2寄存器配置程序:
当Reg x的配置完成后, 下面就打开3个使能 (start、stopt1、stopt2) , 并发送开始信号, 开始接收发射与接收单元的脉冲信号, 然后进行数据校正 (通过SPI接口发送Start_Cal_TDC指令实现) 。当中断信号INTN为0时, 发送Read_data命令在结果寄存器RES_0中读取所需的测量数据。
下面是GP2的测量程序:
我们选择TDC-GP2工作在测量范围1校准测量。标准数据是以2的补码形式出现的32位固定浮点数。高16位为该浮点数的整数部分, 低16位是小数部分。
通过上式可以计算TDC所测量的时间差。再通过公式S= (T*c) /2 (c为光速) 即可计算出距离。
参考文献
[1]李文娟, 海霞, 叶谌雯一种基于超声波的检测防撞系统的设计.自动化博览, 2007 (6) :80-81.
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MSP技术 篇9
此系统采用低功耗的MSP430单片机为核心, 利用它完成与GPS定位模块和GSM (GPRS) 移动通信模块的连接, 将采集到的数据信息通过上位机处理, 利用下位机进行显示得到车辆当前位置信息。实现对车辆定位追踪的目的[1,2,3]。
1 智能车辆定位系统的总体设计
智能车辆定位系统由控制中心和车辆定位终端两部分组成。控制中心则将PC机和GSM通信模块利用USB接口连接起来, 实现数据的传递和联网显示。而车辆定位终端主要由微控制器作主控单元, 由其扩展接口与矩阵键盘模块、GPS定位模块、无线控制模块、液晶显示模块、电机驱动模块组成。同时系统还配合一些附属单元如系统电源、复位电路及时钟电路等。智能车辆定位系统的总体设计框图如图1所示。
在智能车辆定位系统设计中, 其工作原理是小车部分首先开启GSM通信模块和GPS定位模块, 等待搜索小车具体位置显示信息。GPS定位模块的传输位置信息通过串口不断读取GPS模块传输的位置信息, 然后提取信息来判断小车定位是否成功, 同时将信息在12864液晶屏上显示出来。小车需根据接收到的按键信息来驱动电机运动, 这些按键信息可有遥控器通过射频收发器芯片CC1101发出或者遥控器通过手动发出的。射频收发器芯片CC1101发送按键数据是根据单片机定时检测是否有按键按下来触发SPI协议进行控制。其中智能车辆定位系统中的遥控器系统由单片机最小系统板、键盘模块、无线模块3部分构成。智能车辆定位系统中的上位机部分是由PC机、TTL转USB模块、GSM模块3部分组成。上位机中的GSM模块每接收到一条信息, 通过串口让PC机利用AT指令来读取信息数据, 并在网络接口的地图上显示信息的经纬度。
2 系统硬件平台设计
2.1 电源模块电路
在硬件电路设计中, 车辆需要在在室外进行测试和调试。选用12V的铅蓄电池对电机驱动供电, 通过7805稳压器将12V电压转换为单片机及GPS模块所需的5V电压, 再利用AMS1117-3.3的稳压器将5V电压转换为单片机外围设备, 如射频收发器CC1101、12864液晶屏所需的3.3V电压, 同时给GSM模块单独配置了一块3.7V手机锂电池进行供电。
2.2 无线遥控电路
在无线遥控电路中采用工作频率为433MHz (避免与GSM模块的相互影响) 的近距离无线通信的CC1101射频收发器芯片。它是TI公司推出的具有低功耗和无线唤醒 (WOR) 等多调制模式, 可对信息的强度和信息链接的质量进行读取、测量。它的工作电压在1.9V~3.6V, 待机模式下电流仅为200n A, 在该电路中给它供3.3V电压。可通过SPI接口对内部自带的64字节TX FIFO和RXFIFO的寄存器进行配置。同时它的引脚也可设置作为接收信号的引脚, 若测得引脚的电平变为低电平时, 对应引脚就接收到一个数据, 这样节省了片上资源。在此电路中, 将该引脚与微控制器的外部中断相来连接收信号。
2.3 电机驱动电路
在电机驱动电路中采用L298N作为电机驱动芯片, 它能将单片机输入的逻辑信号转换为12V的驱动电平。外观上它是一个15脚直插的封装芯片, 工作时电流比较大, 易发热, 在电路中加入散热片进行降温处理。该芯片有两组双通道输出, 利用通道引脚电平来控制端口的输出。因此, 两组双通道输出可以控制2个直流电机或者1个步进电机。
3 系统软件程序设计
在硬件电路搭建完成之后, 需要对相关硬件设备在上电之前进行初始化。首先开启GSM和GPS进行联网和定位, 之后启动射频收发器CC1101模块来对小车行驶进行遥控。这里面设计一个1s时间判定来对液晶屏的数据进行更新, 同时将数据发送到上位机, 这样遥控器就可以读取信息来控制小车的行驶, 如图2所示。
根据MSP430F5438A的自身特性, 可以对其主频进行精确配置为24MHz的工作频率, 方便串口通信。利用串口通信的方式对GPS和GSM的数据进行发送, 它们的传输速度分别可达到9600bit/s和115200bit/s。因此, 在读取它们的数据信息是, 由于串口采用的是中断方式, 不是直接进行读取, 得利用缓冲区进行处理。若直接读取, 可能由于中断时间过长影响数据的接收。在中断结束后, 利用定时器减缓刷新数据的速率, 可以在主程序里直接进行数据的提取和解读, 节约资源, 提高效率。
3.1 GSM模块驱动
GSM模块里面的函数, 主要可配置串口和字符串的发送。为了防止GPS在未定位的情况直接接收其它数据而造成乱码, 需要对字符串发送函数进行了修改, 主要包括指定的字符串是从第几位数据开始发送的判断和每次需要指定发送几位字符信息。其程序中出现的uchar*sentence, uchar num, uchar addw分别表示字符串名, 发送长度, 起始地址, 如下所示:
在程序中, 利用数组的形式便于存储存放所有的GPS数据。但数组与字符串在程序中读取时要能识别出来, 因此不能光靠简单的数据长度进行区别, 还需要在字符串结尾处自动地补零 (“ ”) , 而数组只能利用程序来补。同时还为了防止发送数据时, 出现乱码现象, 在send_sentence_2函数中, 指定发送起始的地址和发送的长度, 这样就更加可靠地发送短信的数据。
3.2 射频收发器芯片CC1101模块驱动
射频收发器CC1101模块主要采用SPI接口的时序作为驱动函数进行操作。但其驱动函数与其他函数相比, 需要在射频收发器CC1101内部的寄存器上电前写入通道、地址、功率等信息将其进行初始化, 而且要求遥控器初始化地址和小车上位机的初始化地址一致, 才能正常接收数据。在配置CC1101内部寄存器时, 可以将其引脚设置为接收标志, 这样在其一旦接收到数据时, 就会将其引脚变成低电平。这样就可以直接决定是否通过判断引脚的电平变化来读取数据, 而节约数据读取时间。其中射频收发器CC1101接收函数流程图如图3所示。
4 结语
在车辆定位系统设计中, 需要考虑环境因素, 特别是强磁、强电、建筑物等的干扰会对GPS接收的数据的准确性带来影响。车辆定位系统要想进一步发展, 还需要利用3G或者4G网络技术[4], 通过车载视频监控系统为我们同步提供车辆行驶记录, 特别在行驶过程中遇到的特发情况有效进行定位、记录和处理, 对促进我国的交通运输的高效发展具有实用价值。
参考文献
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[2]钱佳琪.基于GPS、3G车辆定位及车载视频监控系统的设计与研究[J].河南科技, 2014 (4) .
[3]谢家春, 陈来.基于GPS/GPRS的车辆定位监管系统研究与实现[J].信息技术, 2012 (12) .
MSP技术 篇10
晶体的振动频率与很多因素有关,但诸多因素中环境温度是影响晶体振动温度的最主要原因,并且其影响也不是固定不变的,所以对晶体温度进行补偿是促使晶体稳频的重要方式。常见的有温度补偿与温度控制两种方法来促使晶体稳定频率。本文的设计采用MSP430单片机控制的恒温系统来达到晶体稳频的目的,最后通过自动调节晶体周围的温度使晶体的输出频率得到稳频。
1 基本原理
1.1 硬件设计思路
1.1.1 硬件设计总体思路
该恒温晶体振荡器是由温度感知部分、单片机温度控制部分、晶体周围温度控制部分三部分组成的一个闭环负反馈的系统。其中温度感知部分是利用INA330的恒流镜像关系,能测量输入电压差的特性来把温度的变化转化成可测量的电压差变化,它是通过在晶体旁边嵌入的一个热敏电阻来感知温度的变化,相对应的臂连接一个标准的等值电阻作为参考电阻,彼此通有恒定的镜像电流。当热敏电阻的阻值发生变化时就会产生压差,通过INA330芯片计算出压差,并把压差输出。温度控制环路部分主要是由MSP430单片机组成,通过AD转换采样,把INA330输入的模拟量转换成可以处理的数字量,由带有硬件乘法器的单片机来处理,采用自适应的PID算法实现了恒温控制。晶体周围温度控制部分是由加热制冷器TEC和它的驱动器DRV594组成的,其中DRV594芯片具有把输入信号和另一个输入的参考电压比较的功能,当输入信号大于参考电压时DRV594会产生一个控制TEC的制冷信号,反之会产生一个加热信号。单片机把控制信号传送到DRV594的信号输入端,之后DRV594把输入的信号与参考电压经行比较来判断是产生加热还是制冷信号,最终驱动TEC来加热或者制冷从而使热敏电阻的阻值趋近于参考电阻的阻值。使压差较小,最终达到稳频的目的。
硬件设计总体框图如图1所示。
1.1.2 温度感知模块
该模块主要是由热敏电阻和INA330芯片组成,其中热敏电阻是用来感知晶体周围的温度值,INA330具有计算现在环境温度与设定温度之间的温差。原理的具体描述如下:
INA330芯片是为TEC设计的精密放大器,它可以用一个十千欧完成完美的温度控制。INA330可产生一个激励信号来控制TEC,这个激励信号是和电阻上输入的差值电压成比例的。它的这种结构需要两个精准的电阻,一个是参考点、一个是热敏电阻。
INA330的硬件电路框图如图2所示。
在热敏电阻和参考电阻上都加上一个激励电压,使他们分别产生两个电流:I1,I2。这两个电流经过INA330之后会产生一个I1-I2的电流,这个电流会通过一个与INA330输出口相连的电阻,从而产生一个输出电压信号。INA330输出电压的计算公式为:
INA330的工作电压是5V,2脚和3脚都输入1V的输入电压,之后经过两个由运放构成的同比例的放大器,把这两个1V的电压输到两个电阻上。这两个电阻一个是参考电阻REST另一个是热敏电阻RTHEM,其中参考电阻的阻值是10kΩ当热敏电阻的阻值也是10kΩ时输出的电流I1、I2是相等的,这时经过减法器之后输出就为零,当温度改变时热敏电阻的阻值发生变化就会使I1不等于I2,经过减法器就会有输出经过电阻Rg后就会有输出电压产生。
1.1.3 晶体周围温度控制模块
晶体周围温度控制模块主要是由半导体加热制冷器TEC和其驱动芯片DRV594组成的,其中半导体制冷又称电子制冷,或者温差电制冷,是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科,它利用特种半导体材料构成的P-N结,形成热电偶对,产生珀尔帖效应,即通过直流电制冷的一种新型制冷方法,与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。DRV594是一个为TEC提供电压从2.8V到5.5V电压的高电流值、高功率的放大器。在输出端只需一个电感和一个电容来实现滤波。在印制电路板上它可以用来实现脉冲展宽操作并且减少了耗电量。通过DRV594可以实现脉冲展宽到500kHz或者是100kHz。
DRV594的工作原理是当IN+端输入的电压值小于IN-端的电压值时,DRV594将驱动TEC加热反之将驱动TEC制冷。设计中在IN-端输入的参考电压是2.5V,但是单片机的AD转换的最高量程电压是2.5V,所以在IN+输入端之前应加上一个运算放大器构成的放大电路使其控制量得到放大。
DRV594的外国电路设计如图3所示。
1.2 软件设计基本思想
软件设计的基本思想是利用PID控制算法思想得到单片机的控制算法。根据PID控制算法的特点,利用单片机能较好的实现比例、积分、微分控制参数设定,其流程如图4所示。
PID控制算法中,会利用经验和环境情况,确定相应的公式,根据不同的控制需要采用不同的设计方法,其关键在于确定比例、积分、微分常数。这里采用的PID控制算法的公式如下:
U(K)=U(K-1)+Kp·[e(k)-e(k-1)]+Ki·e(k)+Kd·[e(k)-2·e(k-1)·e(k-2)]
其中,Kp为比例常数,Ki为积分常数,Kd为微分常数。经过多次测得结果是:Ki=0.6,Kd=0.005,Kp=0.001。
热敏电阻采集到晶体周围的温度之后经过AD转换器把温度输入到单片机中去,之后经过单片机PID控制算法得到控制参量,最后把控制量输出的DRV594中去。就这样实现软件控制。
2 实验分析
单片机控制程序
3 晶体周围温度变化测试
对该系统的检测是通过测量INA330的Vo输出口的电压值来实现的。因为当温度被恒定之后INA330的输出电压将是等于设定电压值的。所以只要测得INA330的输出电压值等于1.25V就说明晶体周围的温度被稳定了。
图5是检测之后描点作图得到的实验数据图,以说明恒定温度的过程。在实验中,当温度稳定后,连续24小时观察,温度的摆幅小于0.1度,由此可见,采用镜像恒流源和单片机作为PID控制器的控制效果和温度测量结果是一致的。同时利用单片机控制的灵活性、低功耗的特点,实现高精度的晶体振荡器频率稳定。
4 结束语
该系统可以较好的达到晶体稳频的目的。晶体稳频有很多种方式,与其他通过电阻电容构成的温度补偿的方法实现晶体稳频相比该方式的特点是使用了单片机控制系统实现温度恒定。除此之外在该设计中使用的PID控制思想使得温度可以很快达到恒定。其次该系统设计思想还可以开发其他需要恒温的装置。
摘要：首先由INA330芯片计算出晶体周围的温度与晶体稳频所需温度之间的温差,之后经MSP430(MCU)来完成对半导体加热制冷器TEC的控制,使其实现对晶体周围环境温度的控制,在实现对TEC的控制中使用的是DRV594驱动芯片。在实验过程中通过采集不同时刻的温度值来做出曲线来说明晶体周围的环境温度得到稳定,并且记录不同温度下的晶体的输出频率来说明通过稳定温度可以实现晶体稳频的特点。
关键词：MSP430,恒稳晶体振荡器,INA330,DRV594
参考文献
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MSP技术 篇11
【关键词】MSP430F169；红外传输；无线监测
我国既是一个传统的农业大国，又是一个飞速发展工业的大国，温湿度作为工农业生产中的重要环境参数，长期以来温湿度主要是通过工作人员现场的测量采集，这样既不能实时反映温湿度的变化，以便及时对其采取相关措施，又增加了劳动力成本。随着计算机技术的发展和自动化水平的不断提高，温湿度测控技术已经发展较为成熟，高科技数字式传感器广泛应用于测控系统。传感器能够任意安装在所需检测的地方，如保鲜库、储藏柜、冰箱、冷冻柜、计算机房、干燥箱等，由于无线温湿度测控系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化的特点，因此具有非常广阔的市场前景。同时MSP430F169单片机具有很大的扩展空间且易于升级，相信不久的将来就会在生产、生活中广泛应用[1]。
1.系统总体结构设计
本系统主要由上位机和下位机两部分组成。其中，下位机系统包括数据采集模块，红外调制模块和红外传输模块。采用MSP430F169单片机将温湿度传感器监测到的多处温湿度数值，通过串口红外无线技术传输到一个固定的PC机上，该PC机可以进行相关统计与分析，显示温湿度的变化曲线和当前数值。而且，为本系统设计了安全保护系统，如果测量值超出设定的范围，将会发出报警信号。系统总体结构图如图1所示。
2.系统硬件电路设计
2.1 温湿度采集电路设计[2，3]
温湿度采集原理图如图2所示，温度采集采用温度传感器DS18B20，该传感器是数字化传感器，精度高、体积小，适合众多领域的温度检测。而且，DS18B20具有独特的一线接口，电源和信号混在一起，无需其它外部元件。湿度的采集则用单片机MSP430F169中的A/D进行采样，MSP430F169具有精度高、功耗低的优点，而且简化了系统的外围电路，降低了系统的开发成本，再配合功率驱动、电源等简单的外部电路，实现信号采集、处理和控制等功能，使温湿度控制系统更加集成化。这也符合当今电子产品高精度、集成化的要求。
2.2 串口通信[4]
串口通信采用目前主流的串口通信接口RS232来实现其功能。数据的发送格式为：第一个字节表示标志位，第二个字节表示地址位，第三、四个字节则分别表示温湿度值。
2.3 红外传输
通过单片机定时器产生38KHz的载波与串口输出数据通过或非门SN74HC02调制，再接三极管进行信号的放大（如图3所示）。通过调试，本系统的最优占空比设为1:3，可以减小功率。数据的发送和接收则采用红外无线传输，可以实现温湿度的远程监控，而且适当的增大红外发射器的功率可以是其传输距离更大。
3.系统软件设计
系统的软件设计部分主要通过C语言编程实现温湿度值的采样、读取、接收、发送以及PC机上的显示和监控。软件设计流程图如图4所示。
3.1 温湿度的采集与计算
在此部分，对温湿度进行了多次采样求平均值的处理，从而提高采样的准确度。
3.2 红外的接收与发送
在读取到温湿度值以后，首先判断是否有用串口中断接收到的上一个模块的温湿度值，如果已接收到此信号，则同时发送上一个模块和本次采集到的温湿度值，反之，红外只发送本次的读取值。然后在PC机上以曲线形式显示温湿度的变化趋势。
4.系统调试结果
为了验证系统的实用性，在实验场地对其进行了现场测试，在实验过程中人为地对相应的传感器进行了加热、加湿等干扰，从实验结果可以看出，这些干扰都及时地在PC机的显示和监控界面（如图5所示）中有所反映。
5.结束语
本文讨论了基于MSP430F169单片机的多点温湿度无线监控系统的设计及在实际中的应用，包括系统总体结构、软硬件设计和调试结果等。通过实地调试与检测，可看出此温湿度无线监测系统效果良好，实用性强，而且MSP430F169单片机低功耗、高精度等优点使得本系统在生产和生活中有很好的应用和推广价值。
参考文献
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[3]李金龙,王黎,高晓蓉.多点温湿度远程无线监控系统设计[J].微计算机信息,2009,6(1):31-32.
[4]谢兴红,林凡强,吴雄英.MSP430单片机基础与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
注：本文属大学生实践创新项目。
MSP技术 篇12
1 系统总设计
系统总体设计如图1 所示:该系统设计以MSP430 为设计核心,利用了Zig Bee与Wi-Fi的无线通信技术构成智能家居灯光控制系统。MSP430、Zig Bee协调器、Wi-Fi模块构成了家庭网关控制中心,设有人机交互界面(触屏按钮)直接对单片机进行操作,进而通过Zig Bee无线通信技术控制灯光。也可以通过智能手机等用户移动终端与网关控制中心通信,进而通过MSP430 控制Zig Bee协调器来对终端节点进行控制,终端节点通过外围电路来实现对灯光的操作。
2 系统硬件设计
硬件系统是整个系统设计的基础,主控中心通过串行通信接口连接Zig Bee网络与Wi-Fi网络,并提供友好的人机交互界面,以下给出部分硬件电路设计思想。
■2.1 MSP430单片机
主控中心是系统的核心模块,本文选择MSP430F103作为主控中心核心处理器。MSP430F103 具有超低功耗、处理能力强、片上资源丰富、拥有便捷的开发环境等特点。
■ 2.2 人机交互
作为智能灯光控制系统和用户的交互接口,网关控制中心要有友好的人机交互界面。显示部分,本文准备采用一块2.4 寸、分辨率240*320 的TFT触屏显示屏。本文设计通过单片机编程设计3*3 的触屏按钮,分别用来表示不同的区域灯光,按下按钮,则单片机收到信号通过Zig Bee协调器与外界节点通信,控制灯光的开关。
■ 2.3 Zig Bee通信电路设计
CC2530 是TI推出的新一代适合Zig Bee通信片上系统解决方案芯片,本设计当中为了结合TIZ-tack协议栈开发,选择使用高度集成化的CC2530F256,只需要配合极少的外部元器件即可以工作。本文设计使用的CC2530 通信模块参考TI数据手册上推荐的典型应用电路。USART0 和USART1 是CC2530 内置的串行通信接口,本文设计配置USART0 为异步UART模式。在终端设备上,CC2530 要控制灯光亮灭,根据需要将两路USART设置成所需工作方式。
■ 2.4 Wi-Fi通信电路设计
Wi-Fi通信电路主要实现家庭网关控制中心和用户移动终端设备之间的通信。本文选用了以RT5350 为核心RM04Wi-Fi模块。选用Wi-Fi模块的好处就是用户无需实现Wi-Fi协议的上层协议标准,只需要通过模块收发所需的数据即可,这给开发者带来了一定的便利性。本文设计采用RM04 模块的UART接口实现和家庭网关控制中心的通信。实际使用中,设置RM04Wi-Fi模块工作在客户端模式。RM04 模块和用户移动终端设备连接到同一或不同局域网下,通过Wi-Fi为网络实现数据通信。RM04模块将Wi-Fi网络中传输的数据通过UART接口传送到MSP430F103 主控制器上,而MSP430F103 可以根据数据的类型,选择是否将接收到的Wi-Fi网络数据通过Zig Bee协调器发送到某一终端节点上,这样就可以实现数据在整个智能家居网络中的自由传输,进而控制灯光的亮灭。
3 软件设计
本系统整个功能的实现主要在于软件部分的程序设计,其设计的程序框图如图2,启动程序首先进行系统初始化,初始化完成后检测灯具的状态,并将检测结果发送至智能终端,接下来进行扫描时间,是否有人机交互输入信号,是则通过Zig Bee系统对灯具状态进行切换,否则执行扫描是否智能终端信号输入,是则通过自公布吧系统对灯具状态进行切换,然后回到对灯具状态的检测,否则直接回到对灯具状态的检测,依次循环执行。通过程序的控制,能够较好的起到对智能家居灯光的控制。
4 结束语
智能家居灯光控制系统在目前看来是具有较好发展前景的技术,并不断的走向成熟,在不久的将来将会普首先进行遍应用于普通的家庭场所。将给人们的日常生活带来诸多的便利,同时也可以提高节能的功效,让人们能安全用电和合理用电。
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