摘 要

本文从一些特殊的应用中如生物发酵过程、精密仪器电路板、化学工业生产中对温度控制的需求以及目前温度控制系统和WiFi无线通信的研究背景、发展状况出发，实现一个由单片机结合PC机或安卓手机的温度控制系统。

本系统可以在远程平台上实时显示温度信息，并可通过远程控制电机转速的方式实现散热和恒温控制。论文主要研究超低功耗单片机MSP430的应用、WiFi通信模块原理和应用、温度传感器和直流电机的驱动控制及系统的整体实现，介绍了虚拟仪器开发环境LabVIEW的特性和基础应用、Android APP的开发过程及相关工具和软件的使用。测试结果表明系统功能正常可靠，达到系统设计要求和预期目标。

关键词：MSP430，温度采集，WiFi模块，LabVIEW，Android

ABSTRACT

From some special applications, such as the biological fermentation process, the precision instrument circuit board, the demand for temperature control in the chemical industry production, the research background and development of the current temperature control system and WiFi wireless communication, this paper realizes a temperature control system with PC or Android mobile phone.

The system can display the temperature information in real time on the remote platform, and realize the heat dissipation and constant temperature control by remote control of the motor speed. This paper mainly studies the application of ultra low power single chip microcomputer MSP430, the principle and application of WiFi communication module, the driving control of temperature sensor and DC motor and the whole realization of the system. It introduces the characteristics and basic application of the virtual instrument development environment LabVIEW, the development process of Android APP and the use of related tools and software. The test results show that the system function is normal and reliable, and meets the system design requirements and expected goals.

Keywords: MSP430, temperature acquisition, WiFi module, LabVIEW, Android

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外进展 1

1.2.1 温度控制技术发展 1

1.2.2 WiFi无线通信发展 2

1.3课题主要研究和解决内容 2

1.3.1 硬件部分 2

1.3.2 软件部分 3

1.3.3 系统整体功能目标 3

第2章 系统整体方案 4

2.1 系统总体实施方案 4

2.2 MCU选型 5

2.3 WiFi模块选型 6

2.3.1 ESP8266模块工作模式 6

2.3.2 ESP8266模块网络配置 7

第3章 系统硬件设计 8

3.1 MSP430最小系统电路 8

3.2电源电路 9

3.3电机驱动电路 9

3.4温度传感器电路 10

3.5 WiFi模块电路 10

第4章 系统软件设计 12

4.1 MSP430控制程序 12

4.1.1 系统初始化部分 13

4.1.2 串口中断接收函数 14

4.1.3 PWM调节函数 15

4.1.4 WiFi发送函数 16

4.2 PC端监控平台 17

4.2.1前面板UI设计 17

4.2.2后面板程序设计 18

4.3 Android端APP 20

4.3.1 UI布局 21

4.3.2 网络连接与数据接收 22

4.3.3 数据和图表更新 22

4.3.4 图表截图 23

第5章 测试与分析总结 24

5.1 系统初始化 24

5.2 PC控制平台测试 25

5.3 Android APP 测试 26

第6章 结论 28

参考文献 29

附录 30

附录A 系统硬件原理图 30

附录B LabVIEW程序（框图） 31

致谢 32

第1章 绪论

时代的进步引领着人们对科技力量的不懈追求。步入 21 世纪之后，人们的科技力量迈向了一个新的台阶。另外随着电子科学信息化的快速发展，嵌入式技术已经广泛的应用在生产、生活的各个领域。如在工业控制领域、消费电子领域、军用安防领域以及在网络通信领域等均遍布着嵌入式系统技术。伴随着嵌入式系统技术的迅速发展，随之而来的则是多样化的设计应用。与此同时基于802.11的通信技术WiFi也迅猛发展，基于WiFi的应用也越来越广泛。结合目前的新技术、新观念，本项目提出基于MSP430的无线温度控制系统。

1.1 研究背景和意义

温度作为日常生活中最需要关注和控制的物理量之一，在生活和工业的很多方面，为了得到最适宜的温度用于生产和工作，温度控制系统被广泛应用。而在一些特殊的应用中对温度的要求格外的高，比如在生物发酵过程、精密仪器电路板、大棚温室、化学工业生产中等等^[1]，需要温度保持在某一范围内或动态稳定在特定的温度值上，因此制作设计一个具有良好性能、实现温度的精确采集和实时控制的系统对于这些应用有着非常重要的价值。随着电子和信息技术的发展，物联网在当下大热，以微处理器为核心，采用各种无线通信技术构成远程温度控制系统是目前的主流应用。

随着无线通信技术、计算机的不断发展和电子技术的不断融合和相互发展，无线通信技术如无线局域网（WiFi）、近场通信（NFC）、紫蜂（ZigBee）、蓝牙（Bluetooth）等短距离无线通信进行温度的远程检测和控制已经被广泛应用到日常生活、工农业生产等各个领域中^[2][3]，因此如何有效地解决远程观测和控制一些特殊场合温度并根据具体要求进行智能散热的问题，是非常具有实际价值意义的课题。

1.2国内外进展

1.2.1 温度控制技术发展

近年来，国内外的温度检测相关的技术已经比较成熟，新型的检测原理与技术应用在检测精度和速度上相比之前的技术已经取得了巨大提高。新型的温度检测元件如核磁共振温度检测器、热噪声温度检测器、石英晶体温度检测器、光纤温度检测器、激光温度检测器正在不断涌现并实用化。一般而言，按照实际应用的不同，温度控制技术大致可分为两类：分别为动态温度跟踪和恒值温度控制，对于动态温度跟踪，其实现的目标是使被控对象的温度值的变化按预先设定好的曲线进行，在某些工农业生产中的不同阶段需要不同温度的场合正需要实现温度的动态变化这一性质；而恒值温度控制则是使被控对象的温度在允许有一定的波动幅度下动态稳定在一个确定的温度值上^[1]。纵观目前的温度测控技术，结合无线通信技术、单片机应用和软件用户界面，在测量上越来越简单高效，在控制和观测上越来越智能方便。

1.2.2 WiFi无线通信发展

与3G、4G、5G等长距离制式通信不同，短距离无线通信场指的是距离为100m 以内的无线通信，主流技术包括无线局域网(WiFi)、紫蜂 (Zigbee)、蓝牙技术(Bluetooth)、超宽带技术(UWB)、射频识别技术(RFID)以及近场通信(NFC)等。IEEE 802.11 是IEEE 1997年为无线局域网制订了第一个版本标准，其制定目标就是完善短距离和高速率的无线通信网路，其中进行了媒体存取控制层（MAC）和物理层的定义，物理层在无许可频段ISM上定义了工作频段为2.4GHz,传输最大距离为100m左右，总数据速率被设计为2Mbit/s。目前来看，802.11标准的最主要通信应用就是WiFi，WiFi几乎成了802.11的代名词，目前WiFi在人们的生活中应用非常广泛，手机、平板以及智能家具、穿戴设备在随时随地都可以通过WiFi连接至互联网^[2]。

WiFi主要应用在不方便搭建有线网、用户终端需要随时移动的、对数据速率有较高要求的场合。不同设备通信可以是移动端到移动端点到点的方式进行，还可以是通过访问基站（BS）或者接入点（AP）的中转方式。随着通信技术的不断更新和升级，用户对低功耗、微体积的要求也越来越高，自1997年开始，IEEE陆续发布了IEEE 802.11a 、IEEE 802.11b、IEEE 802.11c、IEEE 802.11d等众多的版本标准，这些不同的版本主要是对原始版本物理层的补充、覆盖半径的调整、网络安全的补充、最高传输速率的改善等等。为了在不同的环境下都有较好的传输效果，早在IEEE 802.11b就引入了动态调速技术，在环境噪声小、传输距离理想的情况下以11M全速运行，当噪声较大或距离较远，切换至低阶的调制方式和改变编码长度，以降低传输速率来保证信息的可靠性^[4][5]。

1.3课题主要研究和解决内容

本课题是基于单片机的无线温度控制系统，以单片机控制温度传感器采集温度，通过WiFi模块发送到PC或安卓平台并实时显示温度值，PC平台可远程控制单片机外接的直流电机的转动来控制环境温度，项目对一些对温度极为敏感的场合，如发酵生产、精密仪器电路板中很有实际的意义。

课题的主要研究的内容和解决的问题如下。

1.3.1硬件部分

1. 掌握16位超低功耗单片机MSP430基础知识和常用外围电路的应用；
2. 深入了解温度传感器DS18B20基本特性、总线结构及工作原理，掌握其与微控制器的接线方式和电路构成；
3. 研究ESP8266 WiFi模块架构、硬件组成、通信协议，掌握ESP8266 WiFi模块与MSP430单片机进行串口通信的原理、过程及具体电路构成；
4. 了解直流电机的工作原理，掌握用三极管驱动小功率直流电机的驱动电路构成及其注意事项。

1.3.2 软件部分

1）熟练使用MSP430开发环境IAR、仿真工具及烧写软件。掌握MSP430基于C语言的串口通信协议、WiFi模块的TCP/IP通信协议及802.11 WLAN 无线标准技术的软件编程，并能实现MSP430用串口通信与WiFi模块进行通信。了解MSP430的众多的定时器功能及特点，能使用定时器产生一个可变占空比的PWM信号。掌握WiFi模块AT指令的使用及固件升级方法，并能在串口调试助手上进行WiFi模块的网络配置，

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