毕业论文基于MSP430河水自动取排水系统的设计
本科毕业设计（论文）题目基于MSP430河水自动取排系统的设计
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基于MSP430河水自动取排水系统的设计
摘要
浊度是河水是否合格排放的一项重要指标，本设计基于这一点，设计了一个简易的河水自动取、排放系统。该系统用硅光电池测量河水的相关浊度参数，MSP430作为底层处理器，RS485总线用于数据的远距离传输，控制中心用QT编写用户界面。控制中心通过RS485总线接收并处理远处河水的浊度数据，根据河水排放标准远程控制取、排水阀的动作。本文首先介绍了此系统的背景以及功能，确定设计方案，接着论述了总体的设计过程，确定了技术指标及器件的选型并详细描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性，然后剖析了软件设计的过程，并给出了软件设计流程图。最后再具体论述了系统的调试与调试中出现的问题。
关键词：MSP430 浊度测量 RS485总线通讯
Design of automatic draining water system Based on the MSP430
Abstract
Turbidity is sewage discharge whether an important index of qualified. This design is based on this point, design a simple discharging river automatic system. This system use photocell related to measure the turbidity parameters of the river. And use MSP430 microcontroller as bottom driving actuators. And use RS485 bus as communication for long-distance transmission of data. The controller center use QT as user interface. The controller center receives and transports the distant turbidity data through RS485 bus. According to the river discharge standard control the valves working. This paper firstly introduces the background and function of the system. Determine the design scheme, then discusses the overall design process. Determine the technical indicators and device of selection and detailed descriptions of the system hardware circuit design, hardware design diagram and the use of various chip functions and features. And then analyze the software design process. And give out the design of software flowchart. The final discusses the specific system debugging and debug software problems.
Key words: MSP430 ；Turbidity measurement；RS485；Communication
目录
第一章概述 (1)
第二章系统方案设计 (2)
2.1 功能要求 (2)
2.2 方案设计 (2)
2.3 方案论证 (3)
第三章系统硬件设计 (4)
3.1 工作原理 (4)
3.2 控制板电路设计 (4)
3.2.1 MCU电路设计 (4)
2.2.2信号采集调理电路设计 (8)
3.2.3 通讯电路设计 (8)
3.2.4 驱动电路设计 (10)
3.2.5 电源电路设计 (10)
3.2.6 执行器电路的PCB板图与器件清单 (12)
3.3 浊度信号采集模块的设计 (14)
3.3.1 硅光电池伏安特性 (14)
3.3.2 开路电压与短路电流 (15)
3.3.4 硅光电池的频率特性 (16)
3.3.5 浊度测量模块的整体设计 (16)
第四章系统软件设计 (17)
4.1 软件设计总体思路及主程序流程图 (17)
4.1.1 软件设计思路 (17)
4.1.2系统底层执行器程序流程图 (17)
4.1.2 控制中心软件程序流程图 (20)
4.2 执行器软件设计 (21)
4.2.1 IO模块 (21)
4.2.2 UART模块 (23)
4.2.3 ADC10模块 (25)
4.2.4创建队列 (25)
4.2.5接收处理函数 (27)
4.2.6 AD数据滤波函数 (28)
4.2.7 RS485通讯协议 (29)
第五章元器件安装与系统调试 (32)
5.1 元器件安装 (32)
5.2 系统调试 (33)
5.2.1 硬件调试 (33)
5.2.2软件调试 (33)
结束语 (34)
致谢 (35)
参考文献 (36)
附录一执行器原理图 (1)
第一章概述
随着环境的污染以及地球人口数量的增加，淡水资源越来越受到人们的关注，同时，人们的饮用水质量正在恶化有资料显示淡水正在恶化，正严重影响着人们的身体健康。衡量水质的一项重要指标是浊度。浊度为透明介质的清浊程度，通常说水质浊度即悬浮在水中的不溶性颗粒物质。
国际上一些发达国家在这方面进行了大量工作，己先后研制出一些商品化浊度传感器。如挪威Aanderaa、美国YSI 等公司就将浊度传感器作为水下多参数水质监测系统的一部分，与溶解氧、温度、深度、pH和电导率等传感器集成在一起，组成水下多参数水质仪。但是国外浊度传感器价格比较昂贵，例如Y盯的浊度传感器探头就200多美元，主机部分300多美元。在生产、科研中人们对液体浊度的测量已有很长的历史，浊度测量方法也从最初的目测比浊、目测透视深度发展到用光电方法进行测量，目前用光电方法检测浊度基本上分为透射法和散射法两种。透射法是用一束光通过一定厚度的待测液体并测量因待测液中悬浮微粒对入射光的吸收和散射所引起的透射光强度的衰减量来确定待测液的浊度本设计是利用硅光电池的光电效应，使用透射法来测得待测液的浊度参数，PC作为用户接口与执行器形成一个闭合控制系统。PC向执行器发送读浊度命令，执行器接收到命令后，将测得的浊度参数通过RS485总线远程传输给控制中心PC，控制中心对浊度数据进行处理并向执行器发送控制命令，执行器接收到控制命令后执行命令并应答控制中心，从而形成一个在闭环系统。
第二章系统方案设计
2.1 功能要求
微处理器采集硅光电池的电压值，并把采集的数据发给远处的控制中心，控制中心对接收到的数据进行处理，计算出浊度值并显示，若浊度值达到排放标准，则控制中心向微处理器发送开阀排水命令，若浊度未达到排放标准，则继续发送查询浊度命令，若水排完了，控制中心发送取水命令。
2.2 方案设计
方案一：本方案拟采用Zigbee模块搭建无线网路，将采集到的浊度数据发送给远处的控制中心，控制中心需加一个无线适配器，控制中心通过适配器接收数据和发送数据。底层控制器采用MSP430f1232作为控制器，PIN33CE硅光电池，QT作为用户接口。设计框图如图2-1所示：
2-1 方案一系统方案框图
方案二：该方案拟使用RS485总线作为远程数据传输手段，无需适配器就可以实现执行器与控制中心的远程通讯，且传输距离可达1Km，底层控制器采用MSP430f1232作为控制器，PIN33CE硅光电池，QT作为用户接口。框图如图2-2所示：
图2-2方案二系统方案框
2.3 方案论证
随着网络的普及和发展，使得各种控制设备网络化成为可能。自动控制监控、安全防护、门禁考勤及工业自动化系统得到迅速普及和应用。由于浊度计价格很贵，所以本方案利用硅光电池良好的光电特性自制浊度计，已降低成本。有了浊度数据，如需要不出门在室内就能得到这个数据，就需要将浊度计测得的数据远程发送给PC用户。方案一采用无线技术进行远程数据传输，在短距离传输系统，且空旷的场合下使用起来很方便、很可靠，无需拉线。但现市面上的无线传输模块传输距离很受限，一般为300米，且壁障能力、抗干扰能力很弱，如需长距离传输数据且保证系统的稳定行，需增加若干个中继器，使用GPRS可以避免这一点，但GPRS成本更高，所以本设计不采用这个方案。方案二采用RS485总线实现远程数据传输，这样只需两根线就可以简单经济的解决问题，且非常可靠，传输距离可达到1Km。在当今信息通讯高速发展的阶段，人们在充分享受网络给人类带来的喜悦。在工业控制设备之间长距离通讯的诸多方案中，RS485系统总线因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动测控等领域。所以本设计采用这一方案。并且我已经使用开发工具IAR用C语言做过相关系统的程序设计，达到了预期的效果。由此可见，该方案完成具有可行性，经济上也没有任何问题。
第三章系统硬件设计
3.1 工作原理
底层执行器完成浊度数据的采集，与控制中心进行远程信息交互，控制阀的动作。系统主要由电源电路、微控制器（MCU）电路、通讯电路、信号采集电路等五个模块组成，电路原理图见附录，本系统用Protell99SE设计电路原理图。
3.2 控制板电路设计
3.2.1 MCU电路设计
虽然MSP430系列单片机推出时间不是很长，但由于其卓越的性能,在短短几年时间里发展极为迅速，应用也日趋广泛，MSP430系列单片机针对不同应用，包括一系列不同型号的器件。它主要特点：1. 超低功耗2. 强大的处理能力3. 高性能模拟技术及丰富的片上外围模块4.系统工作稳定5.方便高效的开发环境。本设计利用其强大的ADC模块采集浊度数据，用其强大、可靠的UART串口模块实现远程数据传输，其各模块优良的性能，保证了系统的正常、可靠的运行。
本设计微处理器系统主要由三部分外围辅助电路组成：a. 晶振电路，这是微处理器的心脏，为系统提供稳定的工作频率；b. 复位电路，用于系统重启；c. JTAG下载电路，为微处理器提供下载接口。具体电路会在下面作具体介绍。
本设计使用的微处理器是MSP430F1232，其引脚图如下图所示：
图3-4 MSP430F1232引脚图
本设计使用到的引脚说明表3-1：
a). 晶振电路
本设计为了方便通讯，使用32.768KHz的晶振。电路如图所示：
图3-4 晶振电路图
MSP430系列单片机时钟模块包括数控振荡器(DCO)、高速晶体振荡器和低速晶体振荡器等3个时钟源。这是为了解决系统的快速处理数据要求和低功耗要求的矛盾，通过设计多个时钟源或为时钟设计各种不同工作模式，才能解决某些外围部件实时应用的时钟要求，如低频通信、LCD显示、定时器、计数器等。数字控制振荡器DCO已经集成在MSP430内部，在系统中只需设计高速晶体振荡器和低速晶体振荡器两部分电路。
低速晶体振荡器(LFXTl)满足了低功耗及使用32.768kHz晶振的要求。LFXTl振荡器默认工作在低频模式，即32.768kHz，也可以通过外接450kHz～8MHz的高速晶体振荡器或陶瓷谐振器工作在高频模式，在本电路中我们使用低频模式，晶振外接2个15PF的电容经过XIN和XOUT连接到MCU,如上图所示
b). 复位电路
本设计采用手动复位，电路如图所示：
图3-5 复位电路
由表3-1可以看出微控制器低电平复位，上述电路能满足这个要求。S1为接触式按键，
不按时，RST引脚被100K电阻拉到+3.3V，此时微控制器正常工作，当复位键按下时2K 电阻分得的电压很小为64mA，此时复位引脚为低电平，微处理器出于复位状态。
c). JTAG接口电路
采用双排14芯双排插针，程序下载接口电路如图所示：
图3-6 JTAG下载接口电路
由表3-1可以知道，TCK，TMS、TDI、TDO为微控制器的编程引脚。
TCK：在芯片编程时作JTAG时钟输入端；
TMS：在芯片编程时作JTAG状态机控制端；
TDI：在芯片编程时作数据和时钟输入端；
TDO：在芯片编程时作数据输出。
JTAG接口电路如上图所示，是根据微控制器编程接口和仿真器的接口设计的下载接口电路。