完美升級(jí)版】基于MSP430單片機(jī)的無(wú)線(xiàn)距離報(bào)警系統(tǒng)畢業(yè)論文論文

1、（此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改?。〩efei Un iversity課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目報(bào)告項(xiàng)目名稱(chēng)：無(wú)線(xiàn)距離報(bào)警無(wú)線(xiàn)距離報(bào)警摘要本無(wú)線(xiàn)距離報(bào)警是以MSP430F1232超低功耗單片機(jī)作為主控核心和無(wú)線(xiàn)通信模塊nRF2401的各個(gè)功能模塊及其特性。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了無(wú)線(xiàn)距離報(bào)警即當(dāng)從機(jī)離開(kāi)主機(jī)一定 距離后主機(jī)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并且在報(bào)警發(fā)生后可有用戶(hù)通過(guò)按鍵對(duì)報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行清除，另 外從機(jī)還預(yù)設(shè)了內(nèi)線(xiàn)的掉線(xiàn)檢測(cè)，即主從機(jī)在正常通信的狀態(tài)下，從機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)將自身的 一根內(nèi)線(xiàn)信號(hào)上傳給主機(jī)并伴有燈光報(bào)警提示。分析了數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的工作原理以及 實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)所要解決的關(guān)鍵問(wèn)題最后通過(guò)實(shí)物驗(yàn)證了系統(tǒng)的性能。關(guān)鍵

2、詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) MSP430、NRF24L2401無(wú)線(xiàn)通信、報(bào)警Wireless alarm distanceABSTRACTThe wireless alarm dista nee is MSP430F1232 ultra low power microc on trolleras the main con trol coreof each functionmodule and wireless com muni catio n module n RF2401and its characteristics. The system mainly implements thewireless ala

3、rmdistanee is whenthe dista nee from the mach in eafterthe departure of the the user through the butt on onthe alarm stateis clear, alsofromthemachi ne alsopresupposesthe disc onnection detect ion in side, n amely the|master-slave com muni cati on in no rmal state, theopport unity willbe a real time

4、from thein side sig nal upload their to theof the system to solve the final performa nee of the systemis validated by real.Keyword: MCU MSP430, NRF24L2401, wireless commu nicati on, alarm目錄目錄II第一章引言-1-第二章方案設(shè)計(jì)-1-2.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能路 -1-2.2總體方案 -2-2.2.1方案論證與比較-2-第三章系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)-4-3.1咅E分單元電路設(shè)計(jì) -4-3.2軟件設(shè)計(jì)-9-4.1測(cè)試

5、儀器-10 -4.2測(cè)試及性能分析 -11 -第五章結(jié)論-12 -參考文獻(xiàn)-13 -附 電路原理圖和PCB版圖及主從機(jī)部分代碼 -14 -系統(tǒng)總體原理圖-14 -系統(tǒng)PCB版圖-14 -主從機(jī)部分代碼 -14 -第一章引言隨著電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展人們的生活水平越來(lái)越高 而報(bào)警系統(tǒng)作為現(xiàn)代防盜系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分其性能的好壞直接關(guān)系到 人們?nèi)粘Ｉ畹陌踩０褵o(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到報(bào)警系統(tǒng)中通過(guò)實(shí)時(shí)采集周?chē)?環(huán)境信息再通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式將信息傳輸給控制中心能夠彌補(bǔ)有線(xiàn)設(shè)備的缺陷 具有價(jià)廉、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中我們根據(jù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種基于MSP430F123超低功耗單片機(jī)和

6、無(wú)線(xiàn)通信模塊 n RF2401的無(wú)線(xiàn)距離報(bào)警器。該系統(tǒng)通過(guò)從機(jī)向 主機(jī)不間斷的發(fā)送信號(hào)當(dāng)從機(jī)離開(kāi)主機(jī)能夠接受的范圍時(shí)母機(jī)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行聲 光報(bào)警。第二章方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能本設(shè)計(jì)是基于MSP430F123超低功耗單片機(jī)和無(wú)線(xiàn)通信模塊 nRF2401的無(wú) 線(xiàn)距離報(bào)警器。其實(shí)現(xiàn)的主要功能有1、當(dāng)從機(jī)主機(jī)在接受范圍內(nèi)時(shí)從機(jī)主機(jī)的發(fā)光二極管會(huì)正常發(fā)光顯示 已經(jīng)接收到從機(jī)主機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)。2、當(dāng)從機(jī)主機(jī)離開(kāi)超出了從機(jī)主機(jī)所能接收到的范圍時(shí)從機(jī)主機(jī)立即報(bào) 警并且發(fā)光二極管會(huì)閃爍。3、在報(bào)警發(fā)生后可有用戶(hù)通過(guò)按鍵對(duì)報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行清除。4、從機(jī)還預(yù)設(shè)了內(nèi)線(xiàn)的掉線(xiàn)檢測(cè)，即主從機(jī)在正常通信的狀態(tài)下，從機(jī) 會(huì)實(shí)

7、時(shí)將自身的一根內(nèi)線(xiàn)信號(hào)上傳給主機(jī)并伴有燈光報(bào)警提示。2.2總體方案本系統(tǒng)制作的是一個(gè)無(wú)線(xiàn)距離傳輸報(bào)警器系統(tǒng)主要由單片機(jī)、無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接受模塊、電源模塊、按鍵控制模塊、聲光報(bào)警模塊組成。系統(tǒng)總體框圖如下圖1所示圖2.2方案設(shè)計(jì)總體框圖2.2.1方案論證與比較控制器部分方案的選擇與論證方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)STM32Cortex-M3超級(jí)單片機(jī)完成對(duì)其他各部分控制。方案二：采用單片機(jī)89C51作為控制部分。方案三：采用MSP43超低功耗單片機(jī)作為控制部分。方案論證：方案一所使用的STM32-cortexM3是一款高速、低功耗、性?xún)r(jià)比 高的超級(jí)單片機(jī)，其內(nèi)部具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)能力，在一定程度上不必考慮代碼的 冗余

8、且能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制功能，該芯片是貼片封裝且管教分布較為密集會(huì) 給后期硬件的設(shè)計(jì)帶來(lái)不便，方案二采用 AT89C5單片機(jī)，可在開(kāi)發(fā)環(huán)境及代碼 編寫(xiě)上相對(duì)來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單，源于51內(nèi)核的單片機(jī)是基礎(chǔ)教程且網(wǎng)上資源相當(dāng)豐 富基本可以涵蓋多數(shù)控制操作，但功耗比較大、數(shù)據(jù)傳輸速率低。方案三采用 MSP43單片機(jī)，具有超低功耗且運(yùn)行速度介于方案一、二之間，再有其指令系統(tǒng)較上述兩種最少，故具有相當(dāng)高的抗干擾能力，給整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定提供了基礎(chǔ)。 所以本系統(tǒng)采用MSP430F123作為主控芯片。無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊選擇與論證方案一：由RC電路和三極管等分立元件組成多諧振蕩器。其電路優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、廉價(jià)，但電路工作頻率單一，雖

9、然可以通過(guò)調(diào)節(jié)RC參數(shù)改變電路頻率，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，識(shí)別能力有限，因此難以有效地進(jìn)行 ID識(shí)別。方案二：采用集成芯片 M7216 M7216是一款低電壓遙控編碼芯片，內(nèi) 碼共有20位元100萬(wàn)組（2的20次方），降低使用中編碼重復(fù)的機(jī)率；低工 作電壓。其缺點(diǎn)是譯碼部分需要利用可編程邏輯器件，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜。方案三：采用挪威的Nordic研發(fā)的的一種型號(hào)的無(wú)線(xiàn)模塊（nRF2401AG， 其工作頻率范圍為2.4GH z,具有更高的傳輸速度，是新型的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊。其 也具有價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)在的一些無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用中比較廣泛。其工作電壓為1.93.6V低電壓，是一種低功耗的傳輸模塊。根

10、據(jù)無(wú)線(xiàn)防盜報(bào)警器的實(shí)際要求，需要盡量做到電路簡(jiǎn)單、功耗低，ID可識(shí)別，因此我們選擇方案三。工作電源選擇與論證方案一：采用兩節(jié)7號(hào)電池供電。方案二：采用USB標(biāo)準(zhǔn)接口供電。由于本設(shè)計(jì)處于試用調(diào)試階段，采用單獨(dú)的電池供電不利于開(kāi)發(fā)階段的調(diào)試（公地問(wèn)題，USB下載問(wèn)題），而采用方案二的優(yōu)點(diǎn)在于：將系統(tǒng)的USB下載和供電問(wèn)題合二為一，介于當(dāng)前移動(dòng)電源較為普及故將后期的作品驗(yàn)收預(yù) 的電源供電問(wèn)題帶來(lái)方便。第三章系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計(jì)3.1部分單元電路設(shè)計(jì)單片機(jī)主控電路圖本系統(tǒng)的的控制部分主要是通過(guò) MSP430F123超低功耗單片機(jī)進(jìn)行控制, 該單片機(jī)片速度可達(dá)8MIPS極高的抗干擾能力、易操作等特點(diǎn)。該單

11、片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖如圖3.1所示門(mén)-r ABSL IkSIl2SWL 9 BS L2.2 10SOI11S0212SQ313S0414SWRXTU X】口6 一RF占 7TESTPL7/TA2/TDO/TDIVCCPLOTAl/TDl/TCLKP2,5;ROSCPI.5/TA0/rMSVSSP1.4/SMCLKTCKXOUTPI.3/TA2XINPI.2/TAIRSI NMIPl/TAOP2.0 ACLK Afl11.0 I ACLK/ADC10LKP2J/JNCLK/A1P2.4/TA2/A4P2.2fTAO/A2P23/TAI/A3P3,0 STE0/A5P1.7/A7P3J S1MOO

12、P 工 6/A6P3J/SOMIOP3.5/URXDOP33/UCLK0P3.4/UTXD0L1MSP430I4232圖3.1單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖20J716TT28N27NIRQ26NSCK一 25NMOSl24NCE23NCSNBSL1.1按鍵模塊電路以及按鍵功能的詳述按鍵模塊電路圖如圖3.2所示。按SW1鍵 系統(tǒng)出現(xiàn)聲光報(bào)警時(shí)，取消選擇蜂鳴報(bào)警音按SW2鍵 系統(tǒng)預(yù)設(shè)備用按鍵SWLSWRGNDSWRSWL To O 1圖3.2按鍵模塊電路圖聲光報(bào)警電路及其分析本模塊設(shè)計(jì)三個(gè)發(fā)光二極管及一個(gè)蜂鳴器；單片機(jī)可直接驅(qū)動(dòng)放光二極管 的亮滅，但對(duì)于大負(fù)載的蜂鳴器需額外加入驅(qū)動(dòng)電路故采用NPN（ 8

13、050）加以間接控制。系統(tǒng)采用三個(gè)發(fā)光管向用戶(hù)提示主從機(jī)的三種不同工作狀態(tài)（蜂鳴 器報(bào)警屬于其中一類(lèi)）；工作狀態(tài)一：主從機(jī)通信正常，二：主機(jī)或從機(jī)掉線(xiàn) （伴有蜂鳴報(bào)警），三：從機(jī)內(nèi)線(xiàn)斷開(kāi)與否提示（此種狀態(tài)下是在系統(tǒng)處于狀態(tài)一工作的前提下進(jìn)行），可用于采集各類(lèi)傳感器接入并將參量實(shí)時(shí)傳送與主圖3.3聲光報(bào)警電路電路圖無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊及其電路分析nRF24L01模塊工作在2.4GHz2.5GHz的ISM頻段的單片無(wú)線(xiàn)收發(fā)器芯片。無(wú)線(xiàn)收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型“ SchockBurs”模式控制器、功 率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可 以通過(guò)SPI接口進(jìn)行設(shè)置。幾乎可

14、以連接到各種單片機(jī)芯片，并完成無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送工作。極低的電流消耗：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為 0dBm時(shí)電流消 耗為11.3mA，接收模式時(shí)為12.3mA,掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。NRF2401N IRQ8765432 1N MOSON MOSIN SCKN CSNN CED +3.3V圖3.4無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊接口|+ GNDVinBPGNDEN VOUTRT919345P C422nFlO4|-GND|D_+3PVgnd圖3.5 USB接口電源電路3.2軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)軟件模塊采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，分別對(duì)主機(jī)和從機(jī)進(jìn)行編程下載,根據(jù)本設(shè)計(jì)任務(wù)要求，兩個(gè)模塊的程序流程圖如下：NONOYESN

15、O主機(jī)從機(jī)第四章系統(tǒng)測(cè)試及誤差分析4.1測(cè)試儀器1. 數(shù)字萬(wàn)用表：一臺(tái)2. 示波器：一臺(tái)3. 單片機(jī)仿真下載器：一臺(tái)4. 電腦：一臺(tái)4.2測(cè)試及性能分析系統(tǒng)硬件方案完成后，各模塊焊接、檢測(cè)完畢后，連線(xiàn)無(wú)誤，再逐步對(duì)各 模塊進(jìn)行測(cè)試。指標(biāo)測(cè)試：1、當(dāng)從機(jī)主機(jī)在接受范圍內(nèi)時(shí)從機(jī)主機(jī)的發(fā)光二極管會(huì)正常發(fā)光顯示已經(jīng)接收到從機(jī)主機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)。2、當(dāng)從機(jī)主機(jī)離開(kāi)超出了從機(jī)主機(jī)所能接收到的范圍時(shí)從機(jī)主機(jī)立即報(bào) 警并且發(fā)光二極管會(huì)閃爍。3、在報(bào)警發(fā)生后可有用戶(hù)通過(guò)按鍵對(duì)報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行清除。4、從機(jī)還預(yù)設(shè)了內(nèi)線(xiàn)的掉線(xiàn)檢測(cè)，即主從機(jī)在正常通信的狀態(tài)下，從機(jī) 會(huì)實(shí)時(shí)將自身的一根內(nèi)線(xiàn)信號(hào)上傳給主機(jī)并伴有燈光報(bào)警提示。下

16、面列出部分測(cè)試結(jié)果：功能1完成。實(shí)際實(shí)現(xiàn)的效果是：當(dāng)主機(jī)和從機(jī)在通信正常的情況下，主 從機(jī)系統(tǒng)板上的藍(lán)色LED發(fā)出階段性閃爍。功能2完成。實(shí)際實(shí)現(xiàn)的效果是：當(dāng)主機(jī)或從機(jī)其中一個(gè)處于掉線(xiàn)的情況 下（相對(duì)距離太遠(yuǎn)、掉電），主從機(jī)系統(tǒng)板上的綠色LED發(fā)出光并伴有蜂鳴器鳴叫。功能3完成。實(shí)際實(shí)現(xiàn)的效果是：當(dāng)主從機(jī)系統(tǒng)板上的綠色LED發(fā)出光并伴有蜂鳴器鳴叫時(shí)，通過(guò)按壓一次系統(tǒng)板上的按鍵蜂鳴嘯叫會(huì)立即停止但綠色 LED發(fā)光正常。功能4完成。實(shí)際實(shí)現(xiàn)的效果是：從機(jī)通過(guò)板上開(kāi)關(guān)來(lái)模擬掉線(xiàn)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)一個(gè)方向?yàn)楦唠娖搅硪粋€(gè)為低電平，從機(jī)將此信號(hào)實(shí)時(shí)傳送給主機(jī)，本系統(tǒng)定 義當(dāng)開(kāi)關(guān)撥在低電平狀態(tài)下視為掉線(xiàn)，此時(shí)主機(jī)從

17、機(jī)上的紅色LED點(diǎn)亮標(biāo)志從機(jī)內(nèi)線(xiàn)斷開(kāi)。第五章結(jié)論本系統(tǒng)以MSP430F1232超低功耗單片機(jī)作為主控核心和無(wú)線(xiàn)通信模塊 （nRF2401報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，可適合用于家庭防盜等。它具有如下功能：（1）主從模塊掉線(xiàn)報(bào)警功能（2）撤報(bào)功能（3）主機(jī)同步跟蹤從機(jī)接入的傳感 器的變化參量（4）報(bào)警功能。發(fā)送電路和接收電路的采用兩塊相同 PCB系統(tǒng)板，本次設(shè)計(jì)的硬件與調(diào) 試工作是先后步進(jìn)行的，即先進(jìn)行 PCB硬件的設(shè)計(jì)，待硬件焊接完成后，進(jìn)入 軟件編程，代碼編寫(xiě)分為主從兩個(gè)部分，各個(gè)部分子程序均采用模塊化編寫(xiě)；I以便后續(xù)的代碼的調(diào)試檢錯(cuò)在發(fā)射接收程序的編寫(xiě)，程序?qū)懭胄酒院笥袝r(shí)沒(méi)有按照自己設(shè)想的狀

18、態(tài) 實(shí)現(xiàn)，就更次改寫(xiě)入，在幾次下來(lái)問(wèn)題解決的同時(shí)，自己的思路和視野也開(kāi)闊！由于時(shí)間問(wèn)題，該系統(tǒng)需要進(jìn)一步完善，即接收機(jī)與用戶(hù)的通訊或者反饋， 功能是讓用戶(hù)清楚你已經(jīng)接收到他發(fā)送的的信息，可以耐心等待你的處理。該設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)調(diào)試，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)所要求的任務(wù)。參考文獻(xiàn)1 林濤？?數(shù)字電子技術(shù)？清華大學(xué)出版社？ 20062 秦龍？單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)？電子工業(yè)出版社？ 20063 王增福？穩(wěn)定電源使用電路選編？電子工業(yè)出版社？ 20034 沈建華? MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與實(shí)踐？北京航空航天大學(xué)出版社？ 2008 林濤?模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)？重慶大學(xué)出版社？ 2001附電路原理圖系

19、統(tǒng)總體原理圖晶振（供單片機(jī)工作）電池供電電路p*P 按鍵設(shè)遂hS.-iJF良曲上電復(fù)位電路 按單片機(jī)移動(dòng)電源供電電路Hnjrs報(bào)警提示電路單片機(jī)控制電路*l TWT :】” |- ._ : il 1耳 |卩77.TO?： IfrTtTn T-TA?*m-piiAiTijritiJK.npi5.n ismitTncWKTP13TATKINPIMMpirrriNMIMJTAnFSAjC LE AdP 3TAOJD AIK KOX r?.lNilitAI 4 -.A k-m-TAAiAirU-TAJ-.Hi門(mén)l爲(wèi)T他話(huà)FIT鼻TFl IZ礙右PI l0;i-)重復(fù)發(fā)送 防止丟失n RF24L01_TxPacket(TxBuf);當(dāng)有按鍵后，不同按鍵發(fā)送不同數(shù)據(jù)SPI_RW_Reg(WRITE_REG+STATUS,0XFF);delay_ms(50);TxBuf1 = 0xff;發(fā)送完后將TxBuf1設(shè)定成0xFF,以作狀態(tài)恢復(fù)TxBuf2 = 0xff;從機(jī)代碼#i nclude msp430F1232.()WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;禁止看門(mén)狗LED_IO_set();BELL_IO_set();KEY_IO_set();RF24L01O_set();In itSys();in it_