基於MSP430和CC3000的無線智能控制系統

2020-12-25 電子發燒友

隨著科技的發展和網際網路技術的普及，以及智慧型手機的普及，移動網際網路技術正在以迅雷不及掩耳之勢走進人們的生活。移動網際網路時代，智慧型手機是主要的應用平臺。在家居環境中，智慧型手機可以作為控制終端，控制家裡的每一個智能家電。本文從一個具體的應用例子入手，詳細描述了Android智慧型手機通過Wi-Fi控制直流電機的整個過程，具有較高的參考價值。

1 系統結構及總體設計

本系統的結構框圖如圖1所示。系統總共分為5部分，分別是：無線路由器、智慧型手機、CC3000 Wi—Fi模塊、MSP430單片機電路和直流電機驅動電路。首先，智慧型手機將Wi-Fi連接到無線路由器;接著打開智慧型手機中的SmartConfig的APP，配置CC3000 Wi—Fi模塊，這樣CC3000即可連接到無線路由器;然後打開電機控制APP，建立智慧型手機和CC3000 Wi—Fi模塊的連接。其中，CC3000 Wi—Fi模塊與MSP430單片機是通過SPI總線進行通信的。最後，可以通過智慧型手機中的電機控制APP對電機進行無線控制。

2 硬體設計

2.1 CC3000 Wi-Fi模塊

系統無線通信部分採用TI公司的Simple LinkCC3000 Wi—Fi，它是一款自成一體的無線解決方案，可大幅簡化網際網路連接的實施過程。而且它可為基於微控制器（MCU）的系統提供簡化的Wi—Fi連接，能夠與MSP430及Tiva C系列MCU LaunchPad評估套件配合，為各種基於MCU的家庭自動化、健康健身以及機器對機器（M2M）應用快速啟動開發。Simple Link CC3000Wi—Fi解決方案以模塊方式提供，如圖2所示。

它可以縮短產品開發時間、降低製造成本、節約板級空間、簡化認證工作，並降低對RF專業技術的要求。通過在CC3000上完整集成軟體來實現與低存儲容量微控制器的連接。

Simple Link CC3000 Wi-Fi主要特點有：

①無線網絡處理器使用IEEE802.11b/g（2.4 GHz）標準，嵌入IPv4 TCP/IP協議棧。

②具有良好的射頻性能，發送功率為+20 dBm，11Mbps（CCK）;接收靈敏度為-89 dBm，11 Mbps（CCK）。

③可輕鬆與低存儲容量、低成本以及低功耗的微控制器系統進行配套。

④經過FCC、IC、CE和TELEC認證的內置天線參考設計。

⑤集成了晶振和電源管理模塊。

⑥小封裝，尺寸為16.3 mm×13.5 mm×2 mm。

⑦工作溫度為-20～70℃。

⑧智能配置技術：可以用智慧型手機、平板電腦或者PC機配置Simple Link CC3000 Wi—Fi。

⑨已經驗證的Wi-Fi互操作性：基於TI第七代經驗證的Wi—Fi解決方案。

⑩提供該方案的完整平臺，包括用戶手冊、移植指南、API指南、範例應用並支持社區。

CC3000規範如表1所列。

2.2 MSP430單片機

MSP430單片機是TI公司生產的一款超低功耗類型的16位單片機，它採用了RISC內核結構，支持C語言編程。同時，該系列單片機將大量的外圍模塊（如液晶驅動器、看門狗、A/D轉換器、硬體乘法器、模擬比較器等）集成到片內，特別適合於設計片上系統。它與CC3000 Wi—Fi模塊通過SPI總線進行連接，具體連接如圖3所示。MSP430單片機通過SPI總線，可以配置CC3000 Wi—Fi模塊的連接參數，也可以與其他Wi—Fi設備進行通信。

2.3 直流電機驅動電路

採用L298N來驅動直流電機，它是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動晶片。該晶片的主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46 V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達3 A，持續工作電流為2 A;內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載;採用標準TTL邏輯電平信號控制;具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作;有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作;可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。

直流電機驅動電路如圖4所示。通過單片機的P3.0輸出佔空比不同的PWM波形來調節直流電機的速度，通過P3.1和P3.2引腳的高低電平不同來控制直流電機的旋轉方向。

3 軟體設計

3.1 MSP430單片機程序設計

MSP430單片機主要完成兩方面的功能：一是與CC3000進行通信;二是控制直流電機，前者是本程序設計的難點。

單片機主程序流程圖如圖5所示。將CC3000作為Server，等待智慧型手機連接。單片機首先進行I/O口的初始化以及一些寄存器的配置;接著判斷CC3000是否需要進行Smart Config，如果不需要，再判斷是否已經連接到一個無線路由器，CC3000連接上路由器後，就會獲得一個IP位址;然後CC3000發送廣播以及初始化CC3000為Server模式，等待Clie nt連接。當智慧型手機收到廣播，與CC3000連接上之後，就可以通過智慧型手機控制直流電機了。

3.2 Android應用程式設計

APP分為兩個部分：SmartConfig和電機控制。本系統SmartConfig程序直接採用TI官網提供的APP程序，在此不需要進行程序設計。CC3000初次使用或者換一個網絡環境時，需要對儀器進行SmartConfig，將目前的網絡信息寫入CC3000中，下次再使用時，該儀器會自動連接到該網絡中。

電機控制程序界面如圖6所示。該程序主要實現智慧型手機連接CC3000 Wi—Fi模塊，以及控制電機的正轉、反轉、停止和速度。界面中的3個Button組件是用來控制電機的正轉、反轉和停止。通過滑動SeekBar組件，可以調節電機的速度，並在該組件的上方顯示出速度大小。最下面的Spinner組件用於顯示連接的設備，當連接上CC3000後，會在此處顯示出來。

結語

本文採用MSP430單片機作為控制端的核心，通過SPI總線與CC3000 Wi—Fi模塊進行通信，使智慧型手機與MSP430單片機能夠間接進行數據交互，從而達到智慧型手機遠程控制單片機及其外圍設備的目的。經過測試，智慧型手機和CC3000能夠穩定的連接，並可以通過電機控制APP控制直流電機的正轉、反轉、停止以及調節電機的速度。本系統達到了預期的設計目的，具有較高的實用價值。

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