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1、西安欧亚学院本科毕业论文（设计）1 概述1.1 技术背景近年来盗窃、入室抢劫财物的现象日益严重，社会治安涉及到每个人的切身利益，现阶段民居和楼宇的安全现状不容乐观，楼宇安检领域产品的需求日益增加。目前市场上生产企业的智能安检电子产品的产品种类繁多，它们的特点是功能强大，但是价格昂贵、体积大、操作维护复杂。所以，目前在国内大多数家庭都没有配置实用的楼宇安检设备。1.2 选题意义针对上述原因，我们设计了一种基于MSP430单片机的智能楼宇安检系统。其原理是：利用红外传感器现场监控，并通过异常数据信号无线传输，送至MSP430单片机进行数据处理、分析及存储。对检测到的异常信号发出报警，提醒用户进行处
2、理。它采用无线遥传技术，安装操作也极为方便。本设计定位是小型应用领域，非常适合家庭安保应用。设计实现了多路实时监测功能、异常记录及回放功能以及人性化的人机对话方式、液晶显示和语音提示。基于目前普通家庭对安全技术的迫切需求，其市场需求将十分庞大。如果对其进行商业化运作，必定能够产生巨大的社会效益和经济效益。1.3 功能l 多路巡回、实时监测功能。l 异常事件显示、提示功能。l 异常事件时间、次数记录及回放功能。l 精密时钟及时钟调整功能。l 红外检测及信号调理功能。l 数据编码、调制、无线遥传及解码功能。l 语音提示及音量键控功能。 2 方案设计2.1 信号流程图图2-1 信号流程图原理说明：信
3、号采集单元是将有红外传感器感应到的模拟信号经过信号处理单元将模拟信号转换为主控单元需要的矩形脉冲，主控单元对信号进行计算等处理，再将结果显示出来。2.2 整体结构框图图2-2 检测、编码及发射单元图2-3 接收、解码及主控单元原理说明：本系统由两部分组成：检测、编码、发射单元和接收、解码、主控单元。图2-2中，分布在多个监测点的热释电传感器，检测人体信号，经信号调理、整形、数据编码，而后通过射频调制并发送，实现数据遥测、遥传。图2-3中，接收模块接收各监测点的遥传数据信号，经放大、整形后，送至PT2272解码模块，解码后的数据信号送至主控单元，MCU扫描、分析各测点状态，并对异常事件进行处理，
4、包括：状态汉显、语音提示、事件时间、次数记录等功能。本系统人机对话采用TI公司的微功耗16位单片机MSP430系列芯片，其它大部分外围电路，如电源模块、放大器、基准电源、通讯模块（485）等也采用TI公司产品，另外，还有其它外围电路，如LCD、时钟、语音、功放等模块，构成主控单元，实现强大的工业测控功能。本机人机对话采用键盘、LCD汉字显示和语音提示方式，方便且极具人性化。2.3 主控单元连接图我所完成的是主控单元的软件设计，其连接图如下：图2-4 主控单元框图原理说明：主控单元的核心部件是MSP430F247单片机。由硬件电路处理好的矩形脉冲信号从MSP430F247单片机的端口输入，MSP
5、430F247单片机对矩形脉冲信号进行处理。所完成的功能有： 检测异常信号，显示发生的时间和次数，发出语音提示报警，并存储在单片机的FLASH内。 通过键盘操作，可以查看异常信号发生的时间和次数，还可以清除这些信息，并且能设置时间和更改音量的大小。2.4 MSP430F2XX介绍l MSP430F2XX的时钟模块时钟输入源：MSP430F157基础时钟模块有3个时钟输入源：（1）LFXT1CLK：低频/高频时钟源。可以外接32768Hz的时钟芯片或频率为450kHz8MHz的标准晶体或共振器。（2）XT2CLK： 高频时钟源。需要外接两个震荡电容器。可以外接频率为450kHz8MHz的标准晶体
6、、共振器和外部时钟输入。较常用的晶体振荡器是8MHz的。（3）DCOCLK： 内部数字可控制的RC振荡器。 时钟信号：MSP430单片机时钟模块提供3个时钟信号以供给片内各部电路使用，这3个时钟信号分别是：（1）ACLK： 辅助时钟信号。ACLK是从LFXT1CLK信号由1/2/4/8分频器分频后所得到的。有BCSCTL1寄存器设置DIVA相应位来决定分频因子。ACLK可提供给CPU外围功能模块作时钟信号使用。（2）MCLK： 主时钟信号。MCLK是由3个时钟源所提供的。它们分别是：LFXT1CLK、XT2CLK和DCO时钟源信号。MCLK主要用于MCU和相关系统模块作时钟。同样可设置相关寄存
7、器来决定分频因子及相关的设置。（3）SMCLK： 子系统时钟。SMCLK由2个时钟源信号提供，它们分别是XT2CLK和DCO。同样可设置相关寄存器来决定分频因子及相关的设置。当微处理器发生PUC复位后，MCLK和SMCLK配置为DCO时钟模块（默认值为800kHz），ACLK配置为LFXT1时钟模块，并且为低频模式。修改DCOCTL、BCSCTL1和BCSCTL2寄存器的值，可以对系统和各个模块的时钟进行设置。l 基本定时器所有的MSP430F2XX系列都有一个基本定时器，它由两个8位的计数器组成。这两个8为的计数器也可以级联成一个16位的计数器。基本定时器不仅可以向液晶模块提供分时信号，还可
8、以产生低频时间间隔中断。由于基本定时器没有默认状态，所以在使用之前必需正确设置基本定时器的控制寄存器BTCTL以及计数器1和计数器2，才能保证基本定时器的正常工作。 l 定时器A工作原理TIMER_A寄存器（1）TACTL 控制寄存器。TACTL各位的定义如下： SSEL1,SSEL0：选择定时器进入输入分频器的时钟源。00 输入时钟源为TACLK，用特定的外部引脚信号； 01 输入时钟源为ACLK，用辅助时钟； 10 输入时钟源为MCLK，用系统时钟； 11 输入时钟源为INCLK。ID1,ID0：输入分频选择。00 不分频； 01 2分频； 10 4分频； 11 8分频。MC1,MC0：计
9、数模式控制位。00 停止模式；01 增计数模式；10 连续计数模式；11 增/减计数模式。（2）TAR 16为计数器。（3）CCTLx 捕获/比较控制寄存器。该寄存器各位定义如下： CM10：选择捕获模式。00禁止捕获模式；01上升沿捕获；10下降沿捕获；11上升沿与下降沿都捕获。CCIS10：在捕获模式中用来定义提供捕获事件的输入源。00 选择CCIxA；01 选择CCIxB；10 选择GND；11 选择Vcc。SCS：选择捕获信号与定时时钟同步、异步关系。0 异步捕获；1 同步捕获。CAP：选择捕获模式还是比较模式。0 比较模式；1 捕获模式。CCIEx：捕获/比较模块中断允许位。0 禁止
10、中断；1 允许中断。CCIFGx：捕获比较中断标志。 捕获模式：寄存器CCRx捕获了定时器TAR值时置位。 比较模式：定时器TAR值等于寄存器CCRx值时置位。（4）CCRx 捕获/比较寄存器在捕获方式，当满足捕获条件，硬件自动将计数器TAR数据写入该寄存器。其中CCR0经常用作周期寄存器。l 捕获/比较模块TIMER_A有多个相同的捕获/比较模块，为实时处理提供灵活的手段，每个模块都可用于捕获事件发生的时间或产生定时间隔。当捕获/比较模块共有两种模式：捕获模式和比较模式。本系统主要用捕获模式。当CCTLx中的CAPx=1，该模块工作在捕获模式。这时如果在选定的引脚上发生设定的脉冲触发沿（上升
11、沿、下降沿或任意跳变），则MSP430会通过硬件自动将计数器TAR中的值写入到CCRx中。每个捕获/比较寄存器都能被软件用于时间标记，可用于各种目的。如果是周期信号，则两次上升沿或者两次下降沿之间的时间即为信号的周期，上升沿和下降沿之间的时间则为信号的脉宽（高电平或者低电平的时间长度）。还可以测量软件程序所用时间、测量硬件事件之间的时间、测量系统频率。当捕获完成后，中断标志位CCIFGx被置位。如果总的中断允许位GIE允许，相应的中断允许位CCIEx也允许，则将产生中断请求。3 各功能模块程序设计3.1 总体程序流程图及原理说明图3-1 总体程序流程图系统接通电源后就进行系统初始化，包括关闭看
12、门狗，系统时钟初始化、端口初始化、LCD初始化，外设时钟初始化。初始化完成后进入主环路延时，当接到上位机的开始信号时，时钟、AD开始工作，AD采样频率由时钟决定，每到一个时钟中断，AD采一个点，将采到的数据发送到单片机内，系统开始逐步检测4路信号是否异常。当有异常信号出现，系统把每路异常信号发生的时间、次数记录到单片机的FLASH内。完成后可以进行模式操作、功能操作、增值减值操作等。各操作都有对应的子程序及其流程图。当接收到上位机的结束信号时，时钟、AD停止工作。3.2 初始化模块 3.2.1 初始化总体流程及说明3-2 初始化流程图初始化原理说明：系统接通电源后就进行系统初始化，包括关闭看门
13、狗，系统时钟初始化、端口初始化、FLASH初始化，外设时钟初始化。初始化程序： void main(void) WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; /关狗 run_xt2(); /时钟初始化 port_init(); /端口初始化 LcdInit0(); /lcd初始化 InitSys(); /FLASH初始化 fflash_init(); 3.2.2 系统时钟初始化模块程序及说明本系统选择的时钟源工作模式为：使用XT2振荡器，MCLK选择使用XT2CLK，SMCLK选择使用XT2CLK 根据本系统要求，设置相应控制字，其时钟初始化函数如下void run_xt2(void) unsigned char i; BCSCTL1 &= XT2OFF; /打开XT2振荡器 do IFG1 &= OFIFG; /清除振荡器失效标志 for (i = 0xFF; i 0; i-); /延时，等待XT2起振 while (IFG1 & OFIFG) != 0); /判断XT2是否起振 BCSCTL2 |= SELM1+SELS; / MCLK = SMCLK = XT2 (safe)3.2.3 端口初始化模块程序端口初始化设置各端口是输出还是输入，输出高电平还是低电平。void port_init(void) P1DIR
