MSP430和CC3000的智能手機控制系統

引言

隨著(zhù)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在以迅雷不及掩耳之勢走進(jìn)人們的生活。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，智能手機是主要的應用平臺。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(gè)智能家電。本文從一個(gè)具體的應用例子入手，詳細描述了Android智能手機通過(guò)Wi-Fi控制直流電機的整個(gè)過(guò)程，具有較高的參考價(jià)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(wú)線(xiàn)路由器、智能手機、CC3000 Wi—Fi模塊、MSP430單片機電路和直流電機驅動(dòng)電路。首先，智能手機將Wi-Fi連接到無(wú)線(xiàn)路由器;接著(zhù)打開(kāi)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(wú)線(xiàn)路由器;然后打開(kāi)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(guò)SPI總線(xiàn)進(jìn)行通信的。最后，可以通過(guò)智能手機中的電機控制APP對電機進(jìn)行無(wú)線(xiàn)控制。

2 硬件設計

2.1 CC3000 Wi-Fi模塊

系統無(wú)線(xiàn)通信部分采用TI公司的Simple LinkCC3000 Wi—Fi，它是一款自成一體的無(wú)線(xiàn)解決方案，可大幅簡(jiǎn)化因特網(wǎng)連接的實(shí)施過(guò)程。而且它可為基于微控制器(MCU)的系統提供簡(jiǎn)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(dòng)化、健康健身以及機器對機器(M2M)應用快速啟動(dòng)開(kāi)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(kāi)發(fā)時(shí)間、降低制造成本、節約板級空間、簡(jiǎn)化認證工作，并降低對RF專(zhuān)業(yè)技術(shù)的要求。通過(guò)在CC3000上完整集成軟件來(lái)實(shí)現與低存儲容量微控制器的連接。

Simple Link CC3000 Wi-Fi主要特點(diǎn)有：

①無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )處理器使用IEEE802.11b/g(2.4 GHz)標準，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進(jìn)行配套。

④經(jīng)過(guò)FCC、IC、CE和TELEC認證的內置天線(xiàn)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(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(hù)手冊、移植指南、API指南、范例應用并支持社區。

CC3000規范如表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(lèi)型的16位單片機，它采用了RISC內核結構，支持C語(yǔ)言編程。同時(shí)，該系列單片機將大量的外圍模塊(如液晶驅動(dòng)器、看門(mén)狗、A/D轉換器、硬件乘法器、模擬比較器等)集成到片內，特別適合于設計片上系統。它與CC3000 Wi—Fi模塊通過(guò)SPI總線(xiàn)進(jìn)行連接，具體連接如圖3所示。MSP430單片機通過(guò)SPI總線(xiàn)，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(jìn)行通信。

2.3 直流電機驅動(dòng)電路

采用L298N來(lái)驅動(dòng)直流電機，它是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)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(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅動(dòng)器，可以用來(lái)驅動(dòng)直流電動(dòng)機和步進(jìn)電動(dòng)機、繼電器、線(xiàn)圈等感性負載;采用標準TTL邏輯電平信號控制;具有兩個(gè)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(gè)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(dòng)電路如圖4所示。通過(guò)單片機的P3.0輸出占空比不同的PWM波形來(lái)調節直流電機的速度，通過(guò)P3.1和P3.2引腳的高低電平不同來(lái)控制直流電機的旋轉方向。

3 軟件設計

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(jìn)行通信;二是控制直流電機，前者是本程序設計的難點(diǎn)。

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(jìn)行I/O口的初始化以及一些寄存器的配置;接著(zhù)判斷CC3000是否需要進(jìn)行Smart Config，如果不需要，再判斷是否已經(jīng)連接到一個(gè)無(wú)線(xiàn)路由器，CC3000連接上路由器后，就會(huì )獲得一個(gè)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。當智能手機收到廣播，與CC3000連接上之后，就可以通過(guò)智能手機控制直流電機了。

3.2 Android應用程序設計

APP分為兩個(gè)部分：SmartConfig和電機控制。本系統SmartConfig程序直接采用TI官網(wǎng)提供的APP程序，在此不需要進(jìn)行程序設計。CC3000初次使用或者換一個(gè)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境時(shí)，需要對儀器進(jìn)行SmartConfig，將目前的網(wǎng)絡(luò )信息寫(xiě)入CC3000中，下次再使用時(shí)，該儀器會(huì )自動(dòng)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(shí)現智能手機連接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(gè)Button組件是用來(lái)控制電機的正轉、反轉和停止。通過(guò)滑動(dòng)SeekBar組件，可以調節電機的速度，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備，當連接上CC3000后，會(huì )在此處顯示出來(lái)。

結語(yǔ)

本文采用MSP430單片機作為控制端的核心，通過(guò)SPI總線(xiàn)與CC3000 Wi—Fi模塊進(jìn)行通信，使智能手機與MSP430單片機能夠間接進(jìn)行數據交互，從而達到智能手機遠程控制單片機及其外圍設備的目的。經(jīng)過(guò)測試，智能手機和CC3000能夠穩定的連接，并可以通過(guò)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(shí)用價(jià)值。