智能手機(jī)控制系統(tǒng)方案

　　移動互聯(lián)網(wǎng)時代，智能手機(jī)是主要的應(yīng)用平臺。在家居環(huán)境中，智能手機(jī)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(jī)通過Wi-Fi控制直流電機(jī)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(jī)、CC3000 Wi—Fi模塊、MSP430單片機(jī)電路和直流電機(jī)驅(qū)動電路。首先，智能手機(jī)將Wi-Fi連接到無線路由器;接著打開智能手機(jī)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(jī)控制APP，建立智能手機(jī)和CC3000 Wi—Fi模塊的連接。其中，CC3000 Wi—Fi模塊與MSP430單片機(jī)是通過SPI總線進(jìn)行通信的。最后，可以通過智能手機(jī)中的電機(jī)控制APP對電機(jī)進(jìn)行無線控制。

　　圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　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(shí)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(jī)器對機(jī)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。

　　圖2：CC3000 Wi-Fi模塊

　　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(shí)現(xiàn)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。

　?、诰哂辛己玫纳漕l性能，發(fā)送功率為+20 dBm，11Mbps（CCK）;接收靈敏度為-89 dBm，11 Mbps（CCK）。

　?、劭奢p松與低存儲容量、低成本以及低功耗的微控制器系統(tǒng)進(jìn)行配套。

　?、芙?jīng)過FCC、IC、CE和TELEC認(rèn)證的內(nèi)置天線參考設(shè)計。

　?、菁闪司д窈碗娫垂芾砟K。

　?、扌》庋b，尺寸為16.3 mm&TImes;13.5 mm&TImes;2 mm。

　?、吖ぷ鳒囟葹?20～70℃。

　　⑧智能配置技術(shù)：可以用智能手機(jī)、平板電腦或者PC機(jī)配置Simple Link CC3000 Wi—Fi。

　　⑨已經(jīng)驗(yàn)證的Wi-Fi互操作性：基于TI第七代經(jīng)驗(yàn)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。

　　表1：CC3000 規(guī)范

　　2.2 MSP430單片機(jī)

　　MSP430單片機(jī)是TI公司生產(chǎn)的一款超低功耗類型的16位單片機(jī)，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(jī)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(jìn)行連接，具體連接如圖3所示。MSP430單片機(jī)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(jìn)行通信。

　　圖3：CC3000 Wi-Fi模塊與MSP430

　　2.3 直流電機(jī)驅(qū)動電路

　　采用L298N來驅(qū)動直流電機(jī)，它是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46 V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)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(jī)和步進(jìn)電動機(jī)、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。

　　圖4：直流電機(jī)驅(qū)動電路

　　直流電機(jī)驅(qū)動電路如圖4所示。通過單片機(jī)的P3.0輸出占空比不同的PWM波形來調(diào)節(jié)直流電機(jī)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(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

　　3 軟件設(shè)計

　　3.1 MSP430單片機(jī)程序設(shè)計

　　MSP430單片機(jī)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(jī)，前者是本程序設(shè)計的難點(diǎn)。

　　單片機(jī)主程序流程圖如圖5所示。將CC3000作為Server，等待智能手機(jī)連接。單片機(jī)首先進(jìn)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(jìn)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(jī)收到廣播，與CC3000連接上之后，就可以通過智能手機(jī)控制直流電機(jī)了。

　　圖5：單片機(jī)主程序流程圖

　　3.2 Android應(yīng)用程序設(shè)計

　　APP分為兩個部分：SmartConfig和電機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jī)控制程序界面如圖6所示。該程序主要實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)連接CC3000 Wi—Fi模塊，以及控制電機(jī)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(jī)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(jī)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。

　　圖6：電機(jī)控制程序界面

　　結(jié)語

　　本文采用MSP430單片機(jī)作為控制端的核心，通過SPI總線與CC3000 Wi—Fi模塊進(jìn)行通信，使智能手機(jī)與MSP430單片機(jī)能夠間接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，從而達(dá)到智能手機(jī)遠(yuǎn)程控制單片機(jī)及其外圍設(shè)備的目的。經(jīng)過測試，智能手機(jī)和CC3000能夠穩(wěn)定的連接，并可以通過電機(jī)控制APP控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止以及調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。本系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目的，具有較高的實(shí)用價值。