基于MSP430G2211實(shí)現(xiàn)的家用非法闖入檢測(cè)報(bào)警器

1、msp430g2系列l(wèi)aunchpad開(kāi)發(fā)板應(yīng)用實(shí)例作品基于msp430g2211實(shí)現(xiàn)的家用非法闖入檢測(cè)報(bào)警器 馮翠萍美國(guó)德州儀器半導(dǎo)體技術(shù)上海（有限）公司西安電子科技大學(xué)msp430單片機(jī)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室2011年12月目錄第一章 作品概述- 1 -第一節(jié) 作品基本情況介紹- 1 -第二節(jié) 總體方案介紹- 1 -第二章 作品硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 3 -第一節(jié) msp430g2系列l(wèi)aunchpad開(kāi)發(fā)板組成及硬件資源情況介紹- 3 -第二節(jié) 傳感器及性能指標(biāo)參數(shù)介紹- 4 -第三節(jié) 硬件電路介紹- 5 -第四節(jié) 系統(tǒng)原理圖及元器件清單- 7 -4.1 系統(tǒng)整體電路- 7 -4.2 元器件清單- 7 -第

2、五節(jié) pcb板設(shè)計(jì)的要求及注意事項(xiàng)- 8 -第六節(jié) 硬件調(diào)試注意事項(xiàng)- 9 -第三章 作品軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 10 -第一節(jié) 監(jiān)控程序總體流程圖介紹- 10 -第二節(jié) 功能子程序在ccs環(huán)境下的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法- 10 -第三節(jié) 完整監(jiān)控軟件程序的調(diào)試方法- 13 -第四章 總結(jié)與思考- 14 -第一章 作品概述第一節(jié) 作品基本情況介紹本作品以msp430g2211單片機(jī)為核心，通過(guò)熱釋電紅外傳感器感應(yīng)人體發(fā)出的紅外線，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，由msp430單片機(jī)處理控制報(bào)警。本作品選用msp430g2211單片機(jī)，該單片機(jī)超低功耗，具有5種節(jié)電模式，1us內(nèi)便可從待機(jī)模式喚醒，并具有一個(gè)強(qiáng)大的16位ri

3、sc cpu、16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器，有助于最大限度的發(fā)揮代碼效率。此單片機(jī)還具有豐富的時(shí)鐘源，包括lf、osc和vlo。它可通過(guò)串行口系統(tǒng)編程，無(wú)需外部編程電壓，具有可編程的保密熔絲代碼保護(hù)，它具有spy-bi-wire仿真邏輯接口。另外它還有10位io口、8個(gè)比較器通道和16位的timer_a定時(shí)器，帶2路捕獲和比較寄存器。此單片機(jī)的io口和timer_a定時(shí)器都具有強(qiáng)大的中斷能力。第二節(jié) 總體方案介紹熱釋電紅外傳感器re200b感應(yīng)人體發(fā)射出的紅外線，通過(guò)紅外傳感信號(hào)處理器biss0001的放大、檢測(cè)、延遲，輸出有效信號(hào)送到msp430單片機(jī)i/o口，利用邊沿觸發(fā)i/o中斷，給予報(bào)警。

4、系統(tǒng)組成框圖如圖1-1所示：熱釋電紅外傳感器re200b紅外傳感信號(hào)處理器biss0001msp430g2211圖1-1 系統(tǒng)組成框圖報(bào)警一般來(lái)說(shuō)，熱釋電紅外傳感器檢測(cè)到的紅外線信號(hào)極其微弱，加之傳感器及電路噪聲、光學(xué)背景噪聲、環(huán)境的電磁干擾等因素的存在，影響整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)靈敏度的提高，甚至?xí)霈F(xiàn)虛報(bào)信號(hào)，所以在硬件電路中加入了一些濾波電容、電阻，以確定可以得到準(zhǔn)確的探測(cè)信號(hào)；由于熱釋電紅外傳感器探測(cè)到的信號(hào)很微弱，所以使用了紅外信號(hào)處理芯片biss0001對(duì)傳感器輸出的紅外信號(hào)進(jìn)行的放大、檢測(cè)、延遲，輸出能夠單片機(jī)容易判斷的信號(hào)；單片機(jī)將接到i/o口的處理后的紅外信號(hào)進(jìn)行判斷，若產(chǎn)生了高電平，

5、就控制另外一個(gè)i/o口控制報(bào)警電路(此i/o口可設(shè)置報(bào)警時(shí)間)。第二章 作品硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) msp430g2系列l(wèi)aunchpad開(kāi)發(fā)板組成及硬件資源情況介紹名為 launchpad 的 msp-exp430g2 低成本試驗(yàn)板是一款適用于ti 最新 msp430g2xx 系列產(chǎn)品的完整開(kāi)發(fā)解決方案。其基于 usb 的集成型仿真器可提供為全系列 msp430g2xx 器件開(kāi)發(fā)應(yīng)用所必需的所有軟、硬件。launchpad 具有集成的 dip 目標(biāo)插座，可支持多達(dá) 20 個(gè)引腳，從而使 msp430 value line 器件能夠簡(jiǎn)便地插入 launchpad 電路板中。此外，其還可提供板上fl

6、ash 仿真工具，以直接連接 至 pc 輕松進(jìn)行編程、調(diào)試和評(píng)估。launchpad 試驗(yàn)板還能夠?qū)?ez430-rf2500t 目標(biāo)板、ez430-chronos 手表模塊或ez430-f2012t/f2013t 目標(biāo)板進(jìn)行編程。此外，它還提供了從 msp430g2xx 器件到 主機(jī) pc 或相連目標(biāo)板的 9600 波特 uart 串行連接。其實(shí)物圖如圖2-1所示。圖2-1 msp430g2系列l(wèi)aunchpad開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖msp-exp430g2 采用 iar embedded workbench 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (ide) 或 code composer studio (ccs)編 寫、下

7、載和調(diào)試應(yīng)用。調(diào)試器是非侵入式的，這使用戶能夠借助可用的硬件斷點(diǎn)和單步操作全速運(yùn)行應(yīng)用， 而不耗用任何其他硬件資源。msp-exp430g2 launchpad 特性: usb 調(diào)試與編程接口無(wú)需驅(qū)動(dòng)即可安裝使用，且具備高達(dá) 9600 波特的 uart 串行通信速度 支持所有采用 pdip14 或 pdip20 封裝的 msp430g2xx 和 msp430f20xx 器件 分別連接至綠光和紅光 led 的兩個(gè)通用數(shù)字 i/o 引腳可提供視覺(jué)反饋 兩個(gè)按鈕可實(shí)現(xiàn)用戶反饋和芯片復(fù)位 器件引腳可通過(guò)插座引出，既可以方便的用于調(diào)試，也可用來(lái)添加定制的擴(kuò)展板 高質(zhì)量的 20 引腳 dip 插座，可輕松

8、簡(jiǎn)便地插入目標(biāo)器件或?qū)⑵湟瞥?。第二?jié) 傳感器及性能指標(biāo)參數(shù)介紹選用熱釋電傳感器re200b，實(shí)物如圖2-2所示：圖2-2 re200b熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。靈敏圓面積2.0mm1.1mmgap 0.9mm dual雙元基片材料硅 si基片厚度0.5mm窗口尺寸43mm工作波長(zhǎng)514um平均透過(guò)率75輸出信號(hào)

9、2.2v(420k黑體1hz調(diào)制頻率0.33.0hz帶寬72.5db增益)靈敏度3300v/w探測(cè)率1.510cmhz噪聲200mv(mv p-p)(25)平衡度20工作電壓2.215v工作電流8.524ua(vd=10v，rs=47k, 25)源極電流0.41.1v(vd=10v，rs=47k, 25)工作溫度-20-+70保存溫度-35-+80視場(chǎng)中心角138125第三節(jié) 硬件電路介紹熱釋電傳感調(diào)理電路：為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合

10、，可將信號(hào)放大70分貝以上，這樣就可以測(cè)出1020米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為910um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在0.220um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為710um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作

11、探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。熱釋電紅外傳感器與biss0001配合使用組成熱釋電傳感器最小模塊，模塊主要電路如圖2-3所示：圖2-3 熱釋電傳感調(diào)理電路圖2-4 biss0001原理框圖biss0001的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)應(yīng)用電路圖中，其原理框圖如圖2-4所示，運(yùn)算放大器op1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由c3耦合給運(yùn)算放大器op2進(jìn)行第二級(jí)放大，再經(jīng)由電壓比較器cop1和cop2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器。輸出信號(hào)經(jīng)晶體管t1驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。r4為光敏電阻，用來(lái)檢測(cè)環(huán)境照度。sw1是工作方式選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)sw1與3端連通時(shí)，紅外開(kāi)關(guān)處于

12、可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)sw1與1端連通時(shí)，紅外開(kāi)關(guān)則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。第四節(jié) 系統(tǒng)原理圖及元器件清單4.1 系統(tǒng)整體電路圖2-5 系統(tǒng)整體電路4.2 元器件清單表一 元器件清單名稱編號(hào)大小或型號(hào)數(shù)量封裝貼片電阻r1, r2, r3，r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11, r12, r13, r14, r15, r16200,300,1k,2k,10k,20k,30k,47k,250k,1m,2m,141206三極管q190121t0_92a無(wú)極性電容c3, c4, c5, c7, c8, c9, c12, c13, c14103,10491206鉭電容c1, c2,

13、 c6, c10, c1110uf,22uf,220uf5c1206ledd1紅色1led-0插針j1普通型1spi-103.3v穩(wěn)壓vr1lm1117-3.31dso-g3蜂鳴器ls11光敏電阻r41雙擲開(kāi)關(guān)s1，s22sw3熱釋電紅外傳感器p1re200b13-pin紅外傳感信號(hào)處理器1biss00011dip_16第五節(jié) pcb板設(shè)計(jì)的要求及注意事項(xiàng)本實(shí)例采用的電阻和電容較多，盡量采用貼片封裝的器件，但是注意在畫板子的時(shí)候注意各器件的封裝，對(duì)照使用的實(shí)物選取封裝，保證焊接硬件的正確性。實(shí)例中采用的光敏電阻及比較大的極性電容，介于成本的原因，采用的封裝是直插式的，所以在設(shè)計(jì)pcb的時(shí)候應(yīng)該

14、注意。根據(jù)電路的模塊布局，這樣便于在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)進(jìn)行檢查；還有由于熱釋電紅外調(diào)理電路與蜂鳴器采用不同的供電電壓，所以應(yīng)當(dāng)注意是否正確。圖2-6 pcb正面圖2-7 pcb反面第六節(jié) 硬件調(diào)試注意事項(xiàng)硬件調(diào)試中，先測(cè)試硬件中有無(wú)短路現(xiàn)象，電源連接是否正確；測(cè)試熱釋電傳感器是否有正確的輸出，紅外信號(hào)處理器的輸出是否符合。本實(shí)例對(duì)紅外線的檢測(cè)，應(yīng)該先對(duì)熱釋電調(diào)理電路進(jìn)行測(cè)試，用示波器觀察波形是否會(huì)產(chǎn)生上升沿的信號(hào)。圖2-8 外部電路與開(kāi)發(fā)板的連接本實(shí)例中僅使用了msp430g2211中簡(jiǎn)單的i/o口功能，所以在檢查硬件是否正常工作的時(shí)候應(yīng)先檢測(cè)單片機(jī)本身的i/o口設(shè)置，可以先不連接外部電路，使用單片機(jī)

15、本身i/o口，測(cè)試程序運(yùn)行是否正確（即設(shè)置p1.0口味高電平，給p1.6口一個(gè)高電平，然后看p1.0的led燈是否會(huì)熄滅設(shè)定時(shí)間的長(zhǎng)度然后重新點(diǎn)亮），以免在后面的調(diào)試中產(chǎn)生不必要的麻煩。第三章 作品軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) 監(jiān)控程序總體流程圖介紹初始化p1.0=0延時(shí)p1.0取反p1.6產(chǎn)生中斷？yn圖3-1 軟件設(shè)計(jì)流程圖本實(shí)例中僅采用了i/o口的基本功能。熱釋電調(diào)理電路的輸出連至p1.6口，p1.0與報(bào)警的蜂鳴器連接。p1.6設(shè)置為上升沿觸發(fā)中斷，在中斷中設(shè)置p1.0輸出低電平，實(shí)現(xiàn)報(bào)警，喚醒cpu進(jìn)入循環(huán)，延遲時(shí)間，p1.0取反停止報(bào)警(報(bào)警的時(shí)間可以任意設(shè)置，或者采用人為停止報(bào)警)。第二節(jié)

16、功能子程序在ccs環(huán)境下的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法本實(shí)例的整體程序如下：#include msp430g2211.h#define cpu_f (double)1000000) /時(shí)鐘定義在1mhz#define delay_us(x) _delay_cycles(long)(cpu_f*(double)x/1000000.0)/精確延時(shí)1us #define delay_ms(x) _delay_cycles(long)(cpu_f*(double)x/1000.0) /精確延時(shí)1msvoid clk_init(void) /配置時(shí)鐘 bcsctl1 |= calbc1_1mhz; dcoctl |=

17、 caldco_1mhz;/上面兩句將內(nèi)部dco校準(zhǔn)至1mhz/while(ifg1&ofifg) ifg1 &= ofifg; delay_ms(100); bcsctl2 |= selm_0;/mclk采用1m的內(nèi)部dco bcsctl2 |= divs_3;/smclk采用125k的時(shí)鐘void io_init(void) p1dir|=bit0;/p1.0為輸出 p1out|=(bit0);/p1.0初始值為1 p1ies&=(bit6);/p1.6的中斷是上升沿產(chǎn)生中斷 p1ie|=bit6;void main(void) wdtctl=wdtpw+wdthold; clk_init

18、(); io_init(); _eint(); lpm3; while(1) delay_ms(10000); p1out|=bit0; /p1.0恢復(fù)初始值 #pragma vector=port1_vector_interrupt void p1_isr(void) if(p1ifg&bit6) p1out=bit0;/p1.0變?yōu)?，報(bào)警器報(bào)警 p1ifg&=bit6;/清除p1.6的中斷標(biāo)志位 _bic_sr_register_on_exit(cpuoff);/開(kāi)啟cpu，進(jìn)入while循環(huán) 1.p1.6產(chǎn)生中斷，進(jìn)入中斷子程序，在中斷子程序中設(shè)置斷點(diǎn)，觀察寄存器的變化，硬件中報(bào)警電路工作，實(shí)現(xiàn)報(bào)警(即