畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于MSP430的無線家庭安防裝置.doc

-1-目錄中文摘要.-1-英文摘要.-2-1引言.-3-2概述.-4-2.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）.-4-2.1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的結(jié)構(gòu).-4-2.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的特點和功用.-5-2.2家庭安防系統(tǒng).-6-2.2.1傳統(tǒng)家庭安防的方法.-6-2.2.2基于無線傳感器的家庭安防網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點.-6-3系統(tǒng)的總體設(shè)計.-8-3.1系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu).-8-3.2系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境.-9-4系統(tǒng)硬件設(shè)計.-10-4.1基站模塊設(shè)計.-10-4.1.1CC2430無線單片機.-10-4.1.2TS-ZigBee-CC2430無線模塊.-10-4.2傳感器節(jié)點的設(shè)計.-13-4.2.1MSP430單片機系統(tǒng).-13-4.2.2紅外線對射模塊設(shè)計.-15-4.2.3室內(nèi)檢測傳感器節(jié)點設(shè)計.-16-4.2.4溫度傳感器DS18B20.-16-4.2.5煤氣傳感器MQ-5.-18-4.2.6煙霧傳感器MQA214.-19-4.3系統(tǒng)硬件PCB板設(shè)計相關(guān)問題.-20-5系統(tǒng)軟件設(shè)計.-21-5.1紅外線對射節(jié)點軟件流程圖.-21-5.2室內(nèi)檢測傳感器節(jié)點軟件流程圖.-22-6電路調(diào)試與實驗結(jié)果.-24-6.1硬件電路調(diào)試.-24-6.1.1焊接.-24-6.1.2調(diào)試.-24-6.1.3調(diào)試總結(jié).-24-6.2軟件測試.-25-2-6.2.1MSP430單片機的調(diào)試流程.-25-6.2.2調(diào)試.-25-6.2.3調(diào)試結(jié)果總結(jié).-26-結(jié)論.-27-謝辭.-27-參考文獻.-28-附錄一：硬件電路原理圖.-29-附錄二：PCB圖及實物圖及上位機界面.-32-附錄三：程序源代碼.-36-1-基于MSP430的無線家庭安防裝置摘要：隨著人們生活水平的提高，對于家庭安防的要求也越來越高，近年來智能化的家庭安防越來越引起人們的注意。本文主要設(shè)計了一種基于無線傳感器的家庭安防網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點用MSP430超低功耗單片機作為MCU，采用紅外對射傳感器檢測入侵，環(huán)境檢測傳感器檢測室溫、煙霧和煤氣等可燃氣體，并通過ZigBee組建無線通信網(wǎng)絡(luò)將檢測信號發(fā)送到遠端基站，基站接收傳感器節(jié)點發(fā)來的數(shù)據(jù)通過串口通信發(fā)送給上位機，上位機軟件對數(shù)據(jù)進行處理，實時顯示監(jiān)測值，并對異常情況（入侵、火災(zāi)、煤氣泄漏等）進行報警。本系統(tǒng)安全性好，無須布線，布設(shè)方便，功耗低，體積小，成本低，而且具有實時性和一定的智能性，可以有效提高家庭安防水平。關(guān)鍵詞：家庭安防，無線傳感器，MSP430，紅外對射傳感器，ZigBee-2-Abstract:Withtheimprovementofpeoplelivingstandards,securityrequirementsofthefamilyhavebecomemoresophisticated,intelligenthomesecurityinrecentyearsbetakenmoreattention.Thispaperdesignedafamilysecuritynet-workbasedonwirelesssensor.Thesensornodesinthenetworkuseultra-lowpowersingle-chipMSP430asMCU,useinfraredsensorstodetectintrusionshot,useenvironmentaltestingsensoratroomtomonitortemperature,smokeandgasandothercombustiblegases,andZigBeewirelesscommunicationsnetworkwillbesetuptosenddetectionmessagetotheremotebasestation.Basestationsendsthereceivedatatothehostcomputerthroughserialcommunication,hostcomputersoftwareprocessesdataprocessing,real-timedisplaysthemonitorvalueoftheabnormal(intrusion,fire,gasleak,etc.)andtakesalarm.Becauseofgoodsecurityofthesystemwithoutcabling,laidconvenience,lowpowerconsumption,smallsize,lowcost,andwithacertaindegreeofintelligence,caneffectivelyincreasethesecuritylevelofthefamily.Keywords:Homeburglaralarmsystem；wirelesssensor；MSP430；infraredsensorsontheradio；ZigBee-3-1引言由于自動分割和手動分割的缺陷，人們就提出了交互式分割算法。交互式圖像分割算法與其他分割算法的不同之處在于：對圖像實施自動分割的過程中，操作者對圖像分割進行干預(yù)和控制。也就是說操作者和計算機協(xié)同完成圖像分割，充分地利用了計算機的強大運算能力和人的實際操控經(jīng)驗?zāi)芰?。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetworks,WSN)是由大量具有通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點密集布設(shè)而形成的“智能”自治監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在無人值守的監(jiān)控區(qū)域，根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)。它是當前對人類生活方式產(chǎn)生重大影響的研究熱點之一1。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已由軍事領(lǐng)域擴展到其他領(lǐng)域，如環(huán)境保護，健康監(jiān)測，目標跟蹤等。基于無線傳感器的家庭安防網(wǎng)絡(luò)，是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到家庭安防中的產(chǎn)品。家庭安防一直是人們關(guān)注的問題。目前，多數(shù)的居民住宅防盜都采用鐵柵欄防盜，這樣做既不美觀，在發(fā)生緊急事件如火災(zāi)的時候，居民不方便逃生，而且鐵柵欄的費用很高。一些高檔小區(qū)的報警系統(tǒng)因價格昂貴不能被廣大消費者所接受，這也限制了它的推廣。如：將用戶和公安部門聯(lián)網(wǎng)，當用戶家里出現(xiàn)警情會撥號到公安部門，并通過已經(jīng)建立的數(shù)據(jù)庫及時調(diào)出用戶詳細信息。此類產(chǎn)品成本相對較高，一般用戶難以接受。而基于傳感器技術(shù)的報警系統(tǒng)已成為主流，如采用溫度傳感器、門磁感應(yīng)傳感器和紅外對射傳感器的報警系統(tǒng)。其中紅外對射傳感器的接收器不斷接收發(fā)射器發(fā)射過來的紅外信號，當有人從中間經(jīng)過擋住了紅外信號，就會發(fā)出報警。由于紅外對射距離非常遠，抗干擾能力強，因此可以有效檢測盜竊入室。但由于目前國內(nèi)外現(xiàn)有的數(shù)字家居安防系統(tǒng)的架構(gòu)主要基于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，普遍存在著布線煩瑣、施工周期長、后期維護困難、可擴展性差等問題，限制了它在數(shù)字家居系統(tǒng)中的應(yīng)用。針對以上情況，我們設(shè)計基于電池供電的低功耗無線傳感器節(jié)點的安防報警系統(tǒng)，系統(tǒng)采用超低功耗單片機MSP4302作為MCU，嵌入ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，使用紅外對射傳感器、室內(nèi)檢測模塊全方位檢測異常信號，然后將檢測到的異常信號通過無線方式發(fā)送到遠端基站，以啟動報警設(shè)備進行報警。系統(tǒng)嵌入CC2430的ZigBee模塊，可以組建無線星狀網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和簇狀網(wǎng)絡(luò)。Zigbee節(jié)點有幾十米的覆蓋范圍，且可以增加路由節(jié)點，擴展覆蓋范圍。傳感器節(jié)點可自由靈活地加入和離開網(wǎng)絡(luò)，具有低功耗和低成本的特點。本文分為六章。第一章介紹本次設(shè)計的背景知識；第二章簡單介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和家庭安防系統(tǒng)；第三章介紹總體設(shè)計和系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境；第四章詳細介紹-4-各個模塊硬件設(shè)計；第五章描述軟件的設(shè)計；第六章為硬件以及軟件的調(diào)試。2概述2.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）即隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點，通過自組織的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。它是由大量傳感器節(jié)點通過無線通信技術(shù)自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，它集成了傳感器、微機電系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)三大技術(shù)，目的是感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋圍內(nèi)感知對象的信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給觀察者，是以數(shù)據(jù)處理為中心的系統(tǒng)。2.1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的結(jié)構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量體積小、成本低、具有無線通信、傳感、數(shù)據(jù)處理功能的傳感器節(jié)點（sensornode）組成的。每一個傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集模塊（傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)處理和控制模塊（微處理器、存儲器）、通信模塊（無線收發(fā)器）和供電模塊（電池、DC/DC能量轉(zhuǎn)換器）等組成，如圖2.1所示。數(shù)據(jù)采集模塊傳感器A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)處理和控制微處理器存儲器數(shù)據(jù)處理和控制無線收發(fā)器供電模塊電池DC/DC轉(zhuǎn)換器圖2.1傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點模塊傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。每個節(jié)點的功能都是相同的，大量傳感器節(jié)點被布置在整個被觀測區(qū)域中，各個傳感器節(jié)點將自己所探測到的有用信息通過初步的數(shù)據(jù)處理和信息融合之后傳送給用戶，數(shù)據(jù)傳送的過程是通過相鄰節(jié)點的接力傳送的方式傳送回基站，然后再通過基站以衛(wèi)星信道或者有線網(wǎng)絡(luò)連接的方式傳送-5-給最終用戶。圖2.2傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)2.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的特點和功用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點有：(1)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量大、密度高。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的微型化，每個節(jié)點的通信和傳感半徑很有限，一般為十幾米范圍之內(nèi)，而且為了節(jié)能，傳感器節(jié)點大部分時間處于睡眠狀態(tài)，所以往往通過鋪設(shè)大量的傳感器節(jié)點來保證網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。(2)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點有一定的故障率。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)可能工作在惡劣的外界環(huán)境之中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可能會由于各種不可預(yù)料的原因而失效，為了保證網(wǎng)絡(luò)的正常工作，要求傳感器網(wǎng)絡(luò)必須設(shè)計成具有一定的容錯能力，允許傳感器節(jié)點具有一定的故障率。(3)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在電池能量、計算能力和存儲容量等方面有限制。由于傳感器節(jié)點微型化，節(jié)點的電池能量有限，而且由于物理限制難以給節(jié)點更換電池，所以傳感器節(jié)點的