基于MSP430单片机的无线距离报警系统

HefeiUniversity2015年合肥学院课程设计项目报告项目名称：无线距离报警作者姓名：指导教师：完成时间：2015/1/7I无线距离报警摘要本无线距离报警是以MSP430F1232超低功耗单片机作为主控核心和无线通信模块nRF2401的各个功能模块及其特性。系统主要实现了无线距离报警即当从机离开主机一定距离后主机会自动报警，并且在报警发生后可有用户通过按键对报警状态进行清除，另外从机还预设了内线的掉线检测，即主从机在正常通信的状态下，从机会实时将自身的一根内线信号上传给主机并伴有灯光报警提示。分析了数据发送和接收的工作原理以及实现本系统所要解决的关键问题最后通过实物验证了系统的性能。关键词：单片机MSP430、NRF24L2401、无线通信、报警WirelessalarmdistanceABSTRACTThewirelessalarmdistanceisMSP430F1232ultralowpowermicrocontrollerasthemaincontrolcoreofeachfunctionmoduleandwirelesscommunicationmodulenRF2401anditscharacteristics.Thesystemmainlyimplementsthewirelessalarmdistanceiswhenthehostcertaindistancefromthemachineafterthedepartureofthehostwillautomaticallyalarm,andalarmoccursincantheuserthroughthebuttononthealarmstateisclear,alsofromthemachinealsopresupposesthedisconnectiondetectioninside,namelythemaster-slavecommunicationinnormalstate,theopportunitywillbearealtimefromtheinsidesignaluploadtheirtothehostandaccompaniedbylightalarm.Analysisofthedatasendingandreceivingtheworkprincipleandthekeyproblemsofimplementationofthesystemtosolvethefinalperformanceofthesystemisvalidatedbyreal.Keyword:MCUMSP430,NRF24L2401,wirelesscommunication,alarmII目录目录...............................................................................................................................................II第一章引言...............................................................................................................................-1-第二章方案设计.......................................................................................................................-1-2.1系统实现的主要功能路..............................................................................................-1-2.2总体方案...........................................................-1-2.2.1方案论证与比较...............................................................................................-2-第三章系统硬件与软件设计................................................................................................-2-3.1部分单元电路设计.....................................................................................................-3-3.2软件设计......................................................................................................................-6-4.1测试仪器.......................................................................................................................-8-4.2测试及性能分析..........................................................................................................-8-第五章结论...............................................................................................................................-9-参考文献.....................................................................................................................................-9-附电路原理图和PCB版图及主从机部分代码....................................................................-10-系统总体原理图................................................................................................................-10-系统PCB版图..........................................................................................错误!未定义书签。主从机部分代码............................................................................................................错误!未定义书签。III-1-第一章引言报警系统作为现代防盗系统的一个重要组成部分其性能的好坏直接关系到人们日常生活的安全。把无线网络技术应用到报警系统中通过实时采集周围的环境信息再通过无线的方式将信息传输给控制中心能够弥补有线设备的缺陷具有价廉、可靠性高等优点。MSP430F1232超低功耗单片机和无线通信模块nRF2401的无线距离报警器。该系统通过从机向主机不间断的发送信号当从机离开主机能够接受的范围时母机会自动进行声光报警。第二章方案设计2.1系统实现的主要功能本设计是基于MSP430F1232超低功耗单片机和无线通信模块nRF2401的无1、当从机/主机在接受范围内时从机/主机的发光二极管会正常发光显示已经接收到从机/主机发来的信号。2、当从机/主机离开超出了从机/主机所能接收到的范围时从机/主机立即报警并且发光二极管会闪烁。3、在报警发生后可有用户通过按键对报警状态进行清除。4、从机还预设了内线的掉线检测，即主从机在正常通信的状态下，从机会实时将自身的一根内线信号上传给主机并伴有灯光报警提示。2.2总体方案接受模块、电源模块、按键控制模块、声光报警模块组成。系统总体框图如下图1USB接口电源模块（输入5V）各级稳压模块输出+3.3V）-2-图2.2方案设计总体框图2.2.1方案论证与比较控制器部分方案的选择与论证方案一：单片机STM32Cortex-M3超级单片机完成对其他各部分控制。方案二：采用单片机89C51作为控制部分。方案三：采用MSP430超低功耗单片机作为控制部分。方案论证：方案一所使用的STM32-cortexM3是一款高速、低功耗、性价比高的超级单片机，其内部具有强大的存储能力，在一定程度上不必考虑代码的冗余且能实现各种复杂的控制功能，该芯片是贴片封装且管教分布较为密集会给后期硬件的设计带来不便，方案二采用AT89C51单片机，可在开发环境及代码编写上相对来说较为简单，源于51内核的单片机是基础教程且网上资源相当丰富基本可以涵盖多数控制操作，但功耗比较大、数据传输速率低。方案三采用MSP430单片机，具有超低功耗且运行速度介于方案一、二之间,再有其指令系统较上述两种最少，故具有相当高的抗干扰能力，给整个系统的稳定提供了基础。所以本系统采用MSP430F1232作为主控芯片。无线收发模块选择与论证方案一：由RC电路和三极管等分立元件组成多谐振荡器。其电路优点是简单、廉价，但电路工作频率单一，虽然可以通过调节RC参数改变电路频率，但实现起来比较困难，识别能力有限，因此难以有效地进行ID识别。MSP430F1232主控模块无线收发模块（NRF2401）按键模块声光报警模块-3-方案二：采用集成芯片M7216。M7216是一款低电压遥控编码芯片，内码共有20位元100万组（2的20次方），降低使用中编码重复的机率；低工作电压。其缺点是译码部分需要利用可编程逻辑器件，系统实现起来较为复杂。方案三：采用挪威的Nordic研发的的一种型号的无线模块（nRF2401AG），其工作频率范围为2.4GHz,具有更高的传输速度，是新型的无线传输模块。其也具有价格低廉的优点，在现在的一些无线传输系统中应用中比较广泛。其工作电压为1.9～3.6V低电压,是一种低功耗的传输模块。根据无线防盗报警器的实际要求，需要尽量做到电路简单、功耗低，ID可识别，因此我们选择方案三。工作电源选择与论证方案一：采用两节7号电池供电。方案二：采用USB标准接口供电。由于本设计处于试用调试阶段，采用单独的电池供电不利于开发阶段的调试（公地问题，USB下载问题），而采用方案二的优点在于：将系统的USB下载和供电问题合二为一，介于当前移动电源较为普及故将后期的作品验收预的电源供电问题带来方便。第三章系统硬件与软件设计3.1部分单元电路设计单片机主控电路图本系统的的控制部分主要是通过MSP430F1232超低功耗单片机进行控制，该单片机片速度可达8MIPS、极高的抗干扰能力、易操作等特点。该单片机的最小系统电路图如图3.1所示。-4-图3.1单片机的最小系统电路图按键模块电路以及按键功能的详述按键模块电路图如图3.2所示。按SW1键系统出现声光报警时，取消/选择蜂鸣报警音按SW2键系统预设备用按键图3.2按键模块电路图声光报警电路及其分析本模块设计三个发光二极管及一个蜂鸣器；单片机可直接驱动放光二极管的亮灭，但对于大负载的