基于MSP430单片机的无线温度监控系统应用设计.docx
- 文档编号:26536116
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:74
- 大小:2.43MB
基于MSP430单片机的无线温度监控系统应用设计.docx
《基于MSP430单片机的无线温度监控系统应用设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于MSP430单片机的无线温度监控系统应用设计.docx(74页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 MSP430 单片机 无线 温度 监控 系统 应用 设计