基于MSP430單片機的無線距離系統(tǒng)課程設(shè)計

1、Hefei University課程設(shè)計項目報告項目名稱：無線距離報警無線距離報警摘要 本無線距離報警是以MSP430F1232超低功耗單片機作為主控核心和無線通信模塊nRF2401的各個功能模塊及其特性。系統(tǒng)主要實現(xiàn)了無線距離報警即當(dāng)從機離開主機一定距離后主機會自動報警，并且在報警發(fā)生后可有用戶通過按鍵對報警狀態(tài)進行清除，另外從機還預(yù)設(shè)了內(nèi)線的掉線檢測，即主從機在正常通信的狀態(tài)下，從機會實時將自身的一根內(nèi)線信號上傳給主機并伴有燈光報警提示。分析了數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的工作原理以及實現(xiàn)本系統(tǒng)所要解決的關(guān)鍵問題最后通過實物驗證了系統(tǒng)的性能。 關(guān)鍵詞：單片機MSP430 、NRF24L2401

2、、無線通信 、報警    Wireless alarm distanceABSTRACT The wireless alarm distance is MSP430F1232 ultra low power microcontrolleras the main control core of each function module and wireless communication module nRF2401 and its characteristics.&

3、#160;The system mainly implements thewireless alarm distance is when the host certain distance from the machineafter the departure of the host will automatically alarm, and alarm occurs incan the user through the button on the alarm

4、60;state is clear, also from themachine also presupposes the disconnection detection inside, namely the master-slave communication in normal state, the opportunity will be a real timefrom the inside signal 

5、;upload their to the host and accompanied by light alarm.Analysis of the data sending and receiving the work principle and the key problems of implementation of the system to solve the final performance of the system is validated by re

6、al.Keyword:  MCU MSP430, NRF24L2401, wireless communication, alarm 目 錄目 錄II第一章 引言- 1 -第二章 方案設(shè)計- 1 -2.1系統(tǒng)實現(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- 4 -3.1 部分單元電路設(shè)計- 4 -3.2 軟件設(shè)計- 9 -4.1測試儀器- 10 -4.2測試及性能分析- 11 -第五章 結(jié)論- 12 -參考文獻- 13 -附 電路原理圖和PCB版圖及主從機部分代碼- 14 -系統(tǒng)總體原理圖-

7、 14 -系統(tǒng)PCB版圖- 14 - 主從機部分代碼. . .- 14 - 第一章 引言MSP430F1232超低功耗單片機第二章 方案設(shè)計2.1系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能MSP430F1232超低功耗單片機在報警發(fā)生后可有用戶通過按鍵對報警狀態(tài)進行清除。 4、從機還預(yù)設(shè)了內(nèi)線的掉線檢測，即主從機在正常通信的狀態(tài)下，從機 會實時將自身的一根內(nèi)線信號上傳給主機并伴有燈光報警提示。2.2總體方案USB接口電源模塊（輸入5V）各級穩(wěn)壓模塊 輸出+3.3V）聲光報警模塊 按鍵模塊MSP430F1232主控模塊 無線收發(fā)模塊 （NRF2401） 圖2.2 方案設(shè)計總體框圖方案論證與比較 控制器部分方案的選擇與論

8、證 n 無線收發(fā)模塊選擇與論證 n 工作電源選擇與論證 第三章 系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計3.1 部分單元電路設(shè)計n 單片機主控電路圖圖3.1 單片機的最小系統(tǒng)電路圖n 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)聲光報警時，取消/選擇蜂鳴報警音 按SW2鍵 系統(tǒng)預(yù)設(shè)備用按鍵 圖3.2 按鍵模塊電路圖n 聲光報警電路及其分析 本模塊設(shè)計三個發(fā)光二極管及一個蜂鳴器；單片機可直接驅(qū)動放光二極管的亮滅，但對于大負載的蜂鳴器需額外加入驅(qū)動電路故采用NPN（8050）加以間接控制。系統(tǒng)采用三個發(fā)光管向用戶提示主從機的三種不同工作狀態(tài)（蜂鳴器報警屬于其中一類）；工作狀態(tài)一：主

9、從機通信正常，二：主機或從機掉線（伴有蜂鳴報警），三：從機內(nèi)線斷開與否提示（此種狀態(tài)下是在系統(tǒng)處于狀態(tài)一工作的前提下進行），可用于采集各類傳感器接入并將參量實時傳送與主機。圖3.3聲光報警電路電路圖n 無線收發(fā)模塊及其電路分析 nRF24L01模塊工作在2.4GHz2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強型“SchockBurst”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SPI 接口進行設(shè)置。幾乎可以連接到各種單片機芯片，并完成無線數(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 時電流消

10、耗為11.3mA ，接收模式時為12.3mA，掉電模式和待機模式下電流消耗更低。 圖3.4無線收發(fā)模塊接口n USB接口電源及其電路分析 該模塊分為兩個部分USB接口電路及后級穩(wěn)壓電路；USB接口電路分為兩個作用USB供電、代碼下載（電阻TEST1、TEST就是起到跳線選擇的目的）。后級穩(wěn)壓電路將USB提供的+5V電壓降至+3.3V為整個系統(tǒng)供電（這里選擇RT9193原因有三：一其封裝相比AM1117擁有更小的尺寸以減小PCB的尺寸，二，整個系統(tǒng)的兩大核心芯片（單片機，無線模塊）都是超低功耗的理念設(shè)計故不需要搭載大功率的穩(wěn)壓片，三，貼片RT9193相比其他3.3V輸出的穩(wěn)壓片擁有更高的轉(zhuǎn)換效率

11、）；其外圍電路配置參考RT9193數(shù)據(jù)手冊。 圖3.5 USB接口電源電路3.2 軟件設(shè)計本設(shè)計軟件模塊采用C語言編寫程序，分別對主機和從機進行編程下載，根據(jù)本設(shè)計任務(wù)要求，兩個模塊的程序流程圖如下：上電上電單片機初始化單片機初始化nRF24L01初始化配置子程序nRF24L01初始化配置子程序nRF24L01激發(fā)為接收模式nRF24L01激發(fā)為發(fā)射模式數(shù)據(jù)發(fā)射成功啟動聲光報警 接收成功?nRF24L01激發(fā)為接收模式 NO nRF24L01激發(fā)為發(fā)射模式Y(jié)ES 接收成功? 內(nèi)線斷開 ？ NO YES 啟動聲光報警 NO 置位短線標(biāo)志位 主機 從機 第四章 系統(tǒng)測試及誤差分析4.1測試儀器1.

12、 數(shù)字萬用表：一臺2. 示波器：一臺3. 單片機仿真下載器：一臺4. 電腦：一臺4.2測試及性能分析系統(tǒng)硬件方案完成后，各模塊焊接、檢測完畢后，連線無誤，再逐步對各模塊進行測試。在報警發(fā)生后可有用戶通過按鍵對報警狀態(tài)進行清除。 4、從機還預(yù)設(shè)了內(nèi)線的掉線檢測，即主從機在正常通信的狀態(tài)下，從機 會實時將自身的一根內(nèi)線信號上傳給主機并伴有燈光報警提示。第五章 結(jié)論 本系統(tǒng)以MSP430F1232超低功耗單片機作為主控核心和無線通信模塊（nRF2401）報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)實用性強，可適合用于家庭防盜等。它具有如下功能：(1)主從模塊掉線報警功能(2)撤報功能(3)主機同步跟蹤從機接入的傳感器的變化參量

13、(4)報警功能。 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)計的硬件與調(diào)試工作是先后步進行的，即先進行PCB硬件的設(shè)計，待硬件焊接完成后，進入軟件編程，代碼編寫分為主從兩個部分，各個部分子程序均采用模塊化編寫；以便后續(xù)的代碼的調(diào)試檢錯。 在發(fā)射接收程序的編寫，程序?qū)懭胄酒院笥袝r沒有按照自己設(shè)想的狀態(tài)實現(xiàn)，就更次改寫入，在幾次下來問題解決的同時，自己的思路和視野也開闊！ 由于時間問題，該系統(tǒng)需要進一步完善，即接收機與用戶的通訊或者反饋，功能是讓用戶清楚你已經(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)計已經(jīng)通過調(diào)試，基本實現(xiàn)了設(shè)計所要求

14、的任務(wù)。 參考文獻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C語言應(yīng)用程序設(shè)計電子工業(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位超低功耗單片機原理與實踐北京航空航天大學(xué)出版社20085 林濤模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)重慶大學(xué)出版社2001附 電路原理圖系統(tǒng)總體原理圖附圖1系統(tǒng)PCB版圖 部分代碼 主機代碼#include "msp430F1232.h"#include "Define.h"unsigned int counter=0,Timer=20;unsigned int Break_Tim

15、er;unsigned char Startup_flag=0,i; unsigned char Bell_flag =0;unsigned char Bell_sp=0; #pragma vector=TIMERA0_VECTOR_interrupt void TimerAINT(void) if(Startup_flag) BELL_0; LED2_1; counter+; if(counter<15) LED1_0;if(Bell_sp)BELL_1; else LED1_1;if(Bell_sp)BELL_0;Bell_sp=0; if(counter>30) Startu

16、p_flag=0; counter=0; else Break_Timer+; if(Break_Timer>100) Break_Timer=100; LED2_0; if(!Bell_flag) BELL_1; else BELL_0; main() WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /禁止看門狗 LED_IO_set(); BELL_IO_set(); KEY_IO_set(); RF24L01_IO_set(); InitSys(); init_NRF24L01() ; InitTimerA();/定時器 A 初始化 LED1_1;LED3_1;LED2_1;

17、BELL_0; /delay_ms(300) ; LED2_0; BELL_1;delay_ms(300) ; BELL_0;LED2_1; while(1) Scan_KEY_Code();/掃描按鍵值 及 處理 SetRX_Mode(); if(nRF24L01_RxPacket(RxBuf) /接收數(shù)據(jù) if(RxBuf4=0x29) Bell_sp=1; LED3_0; else LED3_1; if(RxBuf1=0x29) Startup_flag=1; Break_Timer=0; TxBuf1 = 0x29;/發(fā)送完后將TxBuf1設(shè)定成0xFF，以作狀態(tài)恢復(fù) TxBuf2 =

18、 0x55; for(i=10;i>0;i-) /重復(fù)發(fā)送 防止丟失 nRF24L01_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; 從機代碼#include "msp430F1232.h"#include "Define.h"unsigned int counter=0,Timer=0;unsigned int B

19、reak_Timer;unsigned char Startup_flag=0,i;unsigned char Bell_flag=0;unsigned char Bell_tab=0;#pragma vector=TIMERA0_VECTOR_interrupt void TimerAINT(void) Timer+; if(Startup_flag) BELL_0; LED2_1; counter+; if(counter<15) LED1_0; else LED1_1; if(counter>25) Startup_flag=0; counter=0; else Break_Timer+; if(Break_Timer>140) Break_Timer=140; LED2_0; if(!Bell_flag) BELL_1; else BELL_0; main() WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /禁止看門狗 LED_IO_set(); BELL_IO_set(); KEY_IO_set(); RF24L01_IO_set(); InitSys(); init_NRF24L01() ; InitTimerA();/定時器 A 初始化 LED1_1;LED3_0;LED2_1; BELL_0;