单片机的光强温度无线调控报警系统设计与制作
摘 要本次设计中系统通过温度传感器和光照强度传感器采集测量环境中的温度数值和光强强度数值，通过微控制器驱动无线发送模块把采集到的数值信息发送出去。接收模块端的无线接收模块当接收到发送模块端发送过来的实时数据后，微控制器处理单元再将采集到的数值输送到上位机操作系统上并实时显示出来，同时将采集的数值和内部按键输入设定的数值进行比较。当传感器采集值大于上位机设定数值时，上位机的报警界面被触发，显示报警信息，当采集数值小于设定数值时，上位机系统进入持续检测状态。本次毕设主要分为两大部分硬件设计部分和软件设计部分。硬件设计分为采集发送模块的设计和接收通信模块的设计。采集发送部分包括温度采集模块、光强采集模块、射频发送模块和单片机处理单元。接收显示部分包括射频接收模块、单片机处理单元、串口收发模块和上位机显示系统。软件部分包括无线射频模块的接受和发送程序、环境温度的采集程序、环境光照强度的采集程序、串行收发程序以及上位机实时监控界面的编程。软件和硬件的组合可以应用于周围环境的拼接和组装。
目录
一、引言 6
二、总体设计 6
（一）总体设计 6
（二）系统的工作原理 7
三、系统硬件设计 7
（一）微控制器部分 7
（二）光照强度采集部分 9
（三）温度采集模块 11
（四）无线射频收发模块 14
（五）上位机操作系统 15
四、软件设计 16
（一）软件设计流程图 16
（二）采集发送端程序设计 17
（三）接收显示端程序设计 17
（四）上位机和接收端通讯协议 17
五、系统调试 18
（一）实物调试 18
（二）结论 21
致 谢 22
参考文献 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 26
附录三 实物图 28
附录四 程序 29
一、引言
在现实生活中，随着社会的发展越来越快，越来越多的温室气体在我们的日常生活中，这导致了地球气候环境越来越差。目前，光强和温度已经成为人们越来越关注的话题。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
如何检测和预报光强和温度是一项非常重要的技术。从这一技术背景出发，设计一款可以无线监测光照强度和温度的远程监控系统。
光强检测和温度检测现在已经成为一个世界性的问题。近年来，中国也对环境中的光强、温度等环境信息进行了长时测量和研究。但是，目前完整的、系统的理论和方法还没有被发表出来。国内对光照强度和温度对生物圈的影响重要性意识相对较弱，以及保护环境的重要性这一方便。随着近几年来，环境的严重破坏和生物多样性降低才意识到光强和温度严重危害生态系统。但是，我国目前优先发展经济和科学技术，光强采集技术和温度检测技术比较落后，不可能在短时间内收集和分析光强和温度信息。
在中国，经常采用局部采样和分时的方法来检测周围环境的光强和温度，这样的检测方法对被检测对象的测量要求比较高，而且测量结果往往不可以代替国内众多普遍的环境现象。另一方面，一些高精度检测仪器都比较昂贵，对操作人员的技术水平要求比较高，所以在专项环境信息检测的领域我们国家还是很落后的。
基于之前的光照强度和温度检测技术，本次系统提高了传感器的选择，扩大监测范围，无线连接方面，可以增加小规模网络收集，扩大采集范围，稳定高效地收集信息，发送信息，上位机及时给出报警。
本设计的目的是应用于对温度和光强敏感的温室作物的智能生态环境，如果改变采集发送端的检测传感器，那么本系统可以使用在其他的应用领域。
二、总体设计
（一）总体设计
方案总体设计流程图如图1所示：
图1 方案总体设计流程图
（二）系统的工作原理
本设计分为发送端和接收端。接收端可以作为主机监控端，发送端作为从机采集端。
发送端是一种无线采集模块，模块设计包括温度检测模块、光强检测模块、单片机控制单元和无线射频发送模块。
接收端由PC端和无线接收模块共同组成，接收端设集中包括串口收发模块、上位机显示系统、单片机控制单元和无线射频接收模块。
系统通过单片机驱动两个传感器在周围的环境中采集温度和光照强度的实时数据信息，将数据发送到NRF905接收数据缓冲区，系统接收显示端通过NRF905射频模块接收数据，并通过电脑软件显示实时数据在PC端。PC端可以使用PC系统内部设定值将数据发送到系统端控制器。如果采集到的数据大于预先设定的阈值，PC端会报警并闪烁并弹出报警界面。
三、系统硬件设计
（一）微控制器部分
MSP430控制器是1996年上市的16位混合信号处理器。MSP430微控制器又被称为MSP430单片机，它是一小块芯片，芯片内部通过微电子封装技术，提前把不同功能的模拟电路，数字电路和微控制芯片集成封装到一个小硅片上。该系列已应用于多个需要电池的微型控制单元中。
MSP430单片机内部构造采用当下微控制器使用最普遍的冯诺依曼结构，它的控制结构简单精细，拥有丰富的操作模式，包括7个源码操作和四个地址操作。指令集丰富简单，功能强大，控制指令精简，可以有效的保证程序的执行。
MSP 430单片机的功耗较低，迎合了现在的低功耗设计，因为它在降低芯片功率电压和低功耗领域有着独特的技术。
MSP430单片机拥有非常丰富的外设硬件配置。1、看门狗时钟：430单片机特有的看门狗自带配置，每次程序运行的时候如果不需要看门狗配置的话，就需要提前在程序运行的第一步就配置好关闭看门狗程序指令，看门狗配置主要是实现了防止由于外部干扰而造成了系统内部程序运行逻辑的混乱，加入看门狗，当程序跑飞时，看门狗电路如果没有在程序的固定位置检测到相应的喂狗程序，内部的看门狗电路就会驱动复位引脚，复位单片机程序，让单片机的逻辑状态重新回到正常状态。2、12位精度的AD转换器，单片机内部自带有12位精度的AD转换器，结合程序可以很好的配置AD转换的基准电压、采样通道数、采样模视、转换速度等，而且整个一个P6口八个引脚都可以作为AD采样的引脚，输入电压不能高于单片机的供电电压，否则会烧坏单片机。3、两个16位定时器：单片机还拥有两个16位定时器定时器A和定时器B，两个定时器的功能都十分的强大，定时器拥有计数器功能和计时器功能，定时器A可以实现精确延时，定时中断，PWM输出，事件的比较等，定时器B可以实现系统时钟的配置，系统延迟函数的编写，频率的输出等功能。4、两个UART串口通讯：单片机拥有两个串口通讯，两个都可以通过串口中断，端口的波特率可以通过配置，配置好的串口程序可以兼容市面上很多的串口协议，如RS232.RS485，等通讯协议5、iic和spi通讯接口：单片机也有IIC和SPI 的硬件接口，可以通过程序实现接口中断，配置时钟非常方便。6、丰富的引脚资源：单片机有P1~P6口，每个口一共有8个引脚，总的引脚一共有五十四个，丰富的外围输入输出引脚可以节省内部的硬件配置资源，比如IIC或者SPI的通讯可以通过引脚模拟来实现通信。7、DMA模块：为了提高内部程序的响应速度，单片机还含有DMA，占内存的程序可以走后台，响应速度可以大大的提高。
目录
一、引言 6
二、总体设计 6
（一）总体设计 6
（二）系统的工作原理 7
三、系统硬件设计 7
（一）微控制器部分 7
（二）光照强度采集部分 9
（三）温度采集模块 11
（四）无线射频收发模块 14
（五）上位机操作系统 15
四、软件设计 16
（一）软件设计流程图 16
（二）采集发送端程序设计 17
（三）接收显示端程序设计 17
（四）上位机和接收端通讯协议 17
五、系统调试 18
（一）实物调试 18
（二）结论 21
致 谢 22
参考文献 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 26
附录三 实物图 28
附录四 程序 29
一、引言
在现实生活中，随着社会的发展越来越快，越来越多的温室气体在我们的日常生活中，这导致了地球气候环境越来越差。目前，光强和温度已经成为人们越来越关注的话题。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
如何检测和预报光强和温度是一项非常重要的技术。从这一技术背景出发，设计一款可以无线监测光照强度和温度的远程监控系统。
光强检测和温度检测现在已经成为一个世界性的问题。近年来，中国也对环境中的光强、温度等环境信息进行了长时测量和研究。但是，目前完整的、系统的理论和方法还没有被发表出来。国内对光照强度和温度对生物圈的影响重要性意识相对较弱，以及保护环境的重要性这一方便。随着近几年来，环境的严重破坏和生物多样性降低才意识到光强和温度严重危害生态系统。但是，我国目前优先发展经济和科学技术，光强采集技术和温度检测技术比较落后，不可能在短时间内收集和分析光强和温度信息。
在中国，经常采用局部采样和分时的方法来检测周围环境的光强和温度，这样的检测方法对被检测对象的测量要求比较高，而且测量结果往往不可以代替国内众多普遍的环境现象。另一方面，一些高精度检测仪器都比较昂贵，对操作人员的技术水平要求比较高，所以在专项环境信息检测的领域我们国家还是很落后的。
基于之前的光照强度和温度检测技术，本次系统提高了传感器的选择，扩大监测范围，无线连接方面，可以增加小规模网络收集，扩大采集范围，稳定高效地收集信息，发送信息，上位机及时给出报警。
本设计的目的是应用于对温度和光强敏感的温室作物的智能生态环境，如果改变采集发送端的检测传感器，那么本系统可以使用在其他的应用领域。
二、总体设计
（一）总体设计
方案总体设计流程图如图1所示：
图1 方案总体设计流程图
（二）系统的工作原理
本设计分为发送端和接收端。接收端可以作为主机监控端，发送端作为从机采集端。
发送端是一种无线采集模块，模块设计包括温度检测模块、光强检测模块、单片机控制单元和无线射频发送模块。
接收端由PC端和无线接收模块共同组成，接收端设集中包括串口收发模块、上位机显示系统、单片机控制单元和无线射频接收模块。
系统通过单片机驱动两个传感器在周围的环境中采集温度和光照强度的实时数据信息，将数据发送到NRF905接收数据缓冲区，系统接收显示端通过NRF905射频模块接收数据，并通过电脑软件显示实时数据在PC端。PC端可以使用PC系统内部设定值将数据发送到系统端控制器。如果采集到的数据大于预先设定的阈值，PC端会报警并闪烁并弹出报警界面。
三、系统硬件设计
（一）微控制器部分
MSP430控制器是1996年上市的16位混合信号处理器。MSP430微控制器又被称为MSP430单片机，它是一小块芯片，芯片内部通过微电子封装技术，提前把不同功能的模拟电路，数字电路和微控制芯片集成封装到一个小硅片上。该系列已应用于多个需要电池的微型控制单元中。
MSP430单片机内部构造采用当下微控制器使用最普遍的冯诺依曼结构，它的控制结构简单精细，拥有丰富的操作模式，包括7个源码操作和四个地址操作。指令集丰富简单，功能强大，控制指令精简，可以有效的保证程序的执行。
MSP 430单片机的功耗较低，迎合了现在的低功耗设计，因为它在降低芯片功率电压和低功耗领域有着独特的技术。
MSP430单片机拥有非常丰富的外设硬件配置。1、看门狗时钟：430单片机特有的看门狗自带配置，每次程序运行的时候如果不需要看门狗配置的话，就需要提前在程序运行的第一步就配置好关闭看门狗程序指令，看门狗配置主要是实现了防止由于外部干扰而造成了系统内部程序运行逻辑的混乱，加入看门狗，当程序跑飞时，看门狗电路如果没有在程序的固定位置检测到相应的喂狗程序，内部的看门狗电路就会驱动复位引脚，复位单片机程序，让单片机的逻辑状态重新回到正常状态。2、12位精度的AD转换器，单片机内部自带有12位精度的AD转换器，结合程序可以很好的配置AD转换的基准电压、采样通道数、采样模视、转换速度等，而且整个一个P6口八个引脚都可以作为AD采样的引脚，输入电压不能高于单片机的供电电压，否则会烧坏单片机。3、两个16位定时器：单片机还拥有两个16位定时器定时器A和定时器B，两个定时器的功能都十分的强大，定时器拥有计数器功能和计时器功能，定时器A可以实现精确延时，定时中断，PWM输出，事件的比较等，定时器B可以实现系统时钟的配置，系统延迟函数的编写，频率的输出等功能。4、两个UART串口通讯：单片机拥有两个串口通讯，两个都可以通过串口中断，端口的波特率可以通过配置，配置好的串口程序可以兼容市面上很多的串口协议，如RS232.RS485，等通讯协议5、iic和spi通讯接口：单片机也有IIC和SPI 的硬件接口，可以通过程序实现接口中断，配置时钟非常方便。6、丰富的引脚资源：单片机有P1~P6口，每个口一共有8个引脚，总的引脚一共有五十四个，丰富的外围输入输出引脚可以节省内部的硬件配置资源，比如IIC或者SPI的通讯可以通过引脚模拟来实现通信。7、DMA模块：为了提高内部程序的响应速度，单片机还含有DMA，占内存的程序可以走后台，响应速度可以大大的提高。
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