MSP430和CC3000的智能手機控制系統(tǒng)

引言

隨著科技的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，以及智能手機的普及，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在以迅雷不及掩耳之勢走進人們的生活。移動互聯(lián)網(wǎng)時代，智能手機是主要的應(yīng)用平臺。在家居環(huán)境中，智能手機可以作為控制終端，控制家里的每一個智能家電。本文從一個具體的應(yīng)用例子入手，詳細(xì)描述了Android智能手機通過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(tǒng)結(jié)構(gòu)及總體設(shè)計

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)總共分為5部分，分別是：無線路由器、智能手機、CC3000 Wi—Fi模塊、MSP430單片機電路和直流電機驅(qū)動電路。首先，智能手機將Wi-Fi連接到無線路由器;接著打開智能手機中的SmartConfig的APP，配置CC3000 Wi—Fi模塊，這樣CC3000即可連接到無線路由器;然后打開電機控制APP，建立智能手機和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。最后，可以通過智能手機中的電機控制APP對電機進行無線控制。

2 硬件設(shè)計

2.1 CC3000 Wi-Fi模塊

系統(tǒng)無線通信部分采用TI公司的Simple LinkCC3000 Wi—Fi，它是一款自成一體的無線解決方案，可大幅簡化因特網(wǎng)連接的實施過程。而且它可為基于微控制器(MCU)的系統(tǒng)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，為各種基于MCU的家庭自動化、健康健身以及機器對機器(M2M)應(yīng)用快速啟動開發(fā)。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(chǎn)品開發(fā)時間、降低制造成本、節(jié)約板級空間、簡化認(rèn)證工作，并降低對RF專業(yè)技術(shù)的要求。通過在CC3000上完整集成軟件來實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)處理器使用IEEE802.11b/g(2.4 GHz)標(biāo)準(zhǔn)，嵌入IPv4 TCP/IP協(xié)議棧。

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

③可輕松與低存儲容量、低成本以及低功耗的微控制器系統(tǒng)進行配套。

④經(jīng)過FCC、IC、CE和TELEC認(rèn)證的內(nèi)置天線參考設(shè)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(shù)：可以用智能手機、平板電腦或者PC機配置Simple Link CC3000 Wi—Fi。

⑨已經(jīng)驗證的Wi-Fi互操作性：基于TI第七代經(jīng)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、范例應(yīng)用并支持社區(qū)。

CC3000規(guī)范如表1所列。

2.2 MSP430單片機

MSP430單片機是TI公司生產(chǎn)的一款超低功耗類型的16位單片機，它采用了RISC內(nèi)核結(jié)構(gòu)，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(qū)動器、看門狗、A/D轉(zhuǎn)換器、硬件乘法器、模擬比較器等)集成到片內(nèi)，特別適合于設(shè)計片上系統(tǒng)。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(shù)，也可以與其他Wi—Fi設(shè)備進行通信。

2.3 直流電機驅(qū)動電路

采用L298N來驅(qū)動直流電機，它是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片的主要特點是：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(xù)工作電流為2 A;內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負(fù)載;采用標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(qū)動電路如圖4所示。通過單片機的P3.0輸出占空比不同的PWM波形來調(diào)節(jié)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(zhuǎn)方向。

3 軟件設(shè)計

3.1 MSP430單片機程序設(shè)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(shè)計的難點。

單片機主程序流程圖如圖5所示。將CC3000作為Server，等待智能手機連接。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(jīng)連接到一個無線路由器，CC3000連接上路由器后，就會獲得一個IP地址;然后CC3000發(fā)送廣播以及初始化CC3000為Server模式，等待Clie nt連接。當(dāng)智能手機收到廣播，與CC3000連接上之后，就可以通過智能手機控制直流電機了。

3.2 Android應(yīng)用程序設(shè)計

APP分為兩個部分：SmartConfig和電機控制。本系統(tǒng)SmartConfig程序直接采用TI官網(wǎng)提供的APP程序，在此不需要進行程序設(shè)計。CC3000初次使用或者換一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時，需要對儀器進行SmartConfig，將目前的網(wǎng)絡(luò)信息寫入CC3000中，下次再使用時，該儀器會自動連接到該網(wǎng)絡(luò)中。

電機控制程序界面如圖6所示。該程序主要實現(xiàn)智能手機連接CC3000 Wi—Fi模塊，以及控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止和速度。界面中的3個Button組件是用來控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。通過滑動SeekBar組件，可以調(diào)節(jié)電機的速度，并在該組件的上方顯示出速度大小。最下面的Spinner組件用于顯示連接的設(shè)備，當(dāng)連接上CC3000后，會在此處顯示出來。

結(jié)語

本文采用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，使智能手機與MSP430單片機能夠間接進行數(shù)據(jù)交互，從而達到智能手機遠(yuǎn)程控制單片機及其外圍設(shè)備的目的。經(jīng)過測試，智能手機和CC3000能夠穩(wěn)定的連接，并可以通過電機控制APP控制直流電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止以及調(diào)節(jié)電機的速度。本系統(tǒng)達到了預(yù)期的設(shè)計目的，具有較高的實用價值。