要实现的东西

课设要做温度监视并且通过串口发送到PC和阿里云。

材料:

• DS18B20温度传感器

• MSP430f169

• esp8266

• 杜邦线

学习一下DS18B20

ds18b20是一个单总线的传感器，只通过一个引脚DQ便可进行数据传输。

• 测温范围为-55℃到+125℃，在-10℃到+85℃范围内误差为±0.4°。

• 返回16位二进制温度数值

引脚图：

内部由 64 位ROM，高速暂存器，存储器 组成。

• 64位ROM

  64 位ROM存储独有的序列号。

  ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。（但是我们不挂载多个）

• 高速暂存器

• 温度传感器

• 一个字节的温度上限和温度下限报警触发器(TH和TL)

• 配置寄存器允许用户设定9位，10位，11位和12位的温度分辨率，分别对应着温度的分辨率为：0.5°C，0.25°C，0.125°C，0.0625°C，默认为12位分辨率，

• 存储器：由一个高速的RAM和一个可擦除的EEPROM组成，EEPROM存储高温和低温触发器(TH和TL)以及配置寄存器的值，(就是存储低温和高温报警值以及温度分辨率)

高速暂存器由9个字节组成

• 字节0~1 是温度存储器，用来存储转换好的温度。第0个字节存储温度低8位，第一个字节存储温度高8位

• 字节2~3 是用户用来设置最高报警和最低报警值(TH和TL)。

• 字节4 是配置寄存器，用来配置转换精度，可以设置为9~12 位。

• 字节5~7 保留位。芯片内部使用

• 字节8 CRC校验位。是64位ROM中的前56位编码的校验码。由CRC发生器产生。

温度存储机制

DS18B20的核心功能是直接温度-数字测量。其温度转换可由用户自定义为9、10、11、12位精度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃分辨率。DS18B20采用16位补码的形式来存储温度数据，温度是摄氏度。当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第0和第1个字节。

高字节的五个S为符号位，温度为正值时S=1,温度为负值时S=0

剩下的11位为温度数据位，对于12位分辨率，所有位全部有效，对于11位分辨率，位0(bit0)无定义，对于10位分辨率，位0和位1无定义,对于9位分辨率，位0，位1，和位2无定义。

配置寄存器

在配置寄存器中，我们可以通过R0和R1设置DS18B20的转换分辨率，DS18B20在上电后默认R0=1和R1=1(12分辨率)，寄存器中的第7位和第0位到4位保留给设备内部使用。

工作步骤

DS18B20的工作步骤可以分为三步：

1.初始化DS18B20 2.执行ROM指令 3.执行DS18B20功能指令

其中第二步执行ROM指令，也就是访问每个DS18B20，搜索64位序列号，读取匹配的序列号值，然后匹配对应的DS18B20，如果我们仅仅使用单个DS18B20，可以直接跳过ROM指令。而跳过ROM指令的字节是0xCC。

1.初始化DS18B20

DQ管脚的常态是高电平。

根据时序图我们得出初始化的步骤：

• 1.单片机拉低总线至少480us，产生复位脉冲，然后释放总线（拉高电平）转为接收模式。

• 2.这时DS8B20检测到请求之后，会拉低信号，大约持续60~240us表示应答。

• 3.DS8B20拉低电平的60~240us之间，单片机读取总线的电平，如果是低电平，那么表示初始化成功

• 4.DS18B20拉低电平60~240us之后，会释放总线。

根据此我们可以写出MSP430的初始化代码(我把DQ接到了单片机的P10端口)：

2.执行ROM指令

我们首先需要掌握，如何向DS18B20写数据。

总线控制器通过控制单总线高低电平持续时间从而把逻辑1或0写DS18B20中。每次只传输1位数据

根据时序图我们得出以下结论

写0:

• 1.拉低总线持续60-120us

• 2.释放总线(拉高电平)

写1:

• 拉低总线2-15us

• 释放总线

代码实现:

掌握了写操作，我们还需要知道写什么：

常用的是：

跳过ROM0xCC

温度转换 0x44

开启温度读取转换，读取好的温度会存储在高速暂存器的第0个和第一个字节中

读取温度 0xBE

读取高速暂存器存储的数据（共9个Byte）

对于本步骤我们选择直接跳过ROM指令

3.执行DS18B20功能指令

在此之前我们先了解以下怎么读DS18B20来自的数据

读操作和写操作一样，也是按位读取，从低位向高位

根据时序图，我们总结如下步骤

• 拉低总线至少1us，然后释放总线

• 开始读取，在一个读时隙内，若为1则释放总线为高电平，若为0则拉低电平。

因此代码这样写:

实现了以上函数我们就可以从DS18B20取出温度的数据了：

一个疑点：为什么得到的数值要乘0.625呢？

关于这个我思考了很久，一直在想0.625和12位分辨率的关系，结果发现官方文档里写了他们的对应关系，也就是说这不是算出来的是规定的，这也推出了一些结论：

小数位是低四位因为 也就是说，寄存器内每步进1相当于温度步进0.0625。因需要如此处理，而代码中乘0.625是原来真实的值扩大了十倍，最后取整相当于保留了小数点后一位。而（float）expression的作用则是使计算更精确。

学习一下串口

司马自动更新操你妈

串口通信: https://baike.baidu.com/item/串口通信/3775296?fromModule=lemma_inlink(Serial Communication)， 是指外设和计算机间，通过数据信号线: https://baike.baidu.com/item/信号线/8807477?fromModule=lemma_inlink 、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。

UART是通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器,是设备间进行异步通信的关键模块。UART负责处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换，并规定了帧格式；通信双方只要采用相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟信号的情况下，仅用两根信号线（Rx 和Tx）就可以完成通信过程，因此也称为异步串行通信。

MSP430UART初始化配置步骤:

• SWRT复位(UxCTL)

  该位的状态影响着其他一些控制位和状态位的状态。在串行口的使用过程中，这一位是比较重要的控制位。一次正确的 USART 模块初始化应该是这样的顺序：先在 SWRST=1 情况下设置串行口；然后设置  SWRST=0；最后如果需要中断，则设置相应的中断使能。

  SWRT0                          SWRT1

• 设置字符长度CHAR(UxCTL)

  07位                          18位

• 设置串口时钟SSEL(UxTCTL )

  这两位确定波特率发生器的时钟源

  0外部时钟 UCLKI                                      1辅助时钟 ACLK                                      2子系统时钟 SMCLK                                      3子系统时钟 SMCLK

• 设置波特率寄存器UxBRx

  UxBR0 和 UxBR1 两个寄存器用于存放波特率分频因子的整数部分。  其中 UXBR0 位低字节，UXBR1 为高字节。两字节和起来为一个 16 位字，成为 UBR。在异步通信时，UBR 的允许值不小于 3。如果 UBR<3，则接收和发送会发生不可预测的错误

  UxBR0低字节                                      UxBR1高字节

• 设置UxMCTL 波特率调整寄存器

  如果波特率发生器的输入频率BRCLK不是所需的波特率的整数倍，带有一小数，则整数部分写入UBR  寄存器，小数部分由调整控制寄存器 UxCTL 的内容反映。波特率由以下公式计算：  波特率 = BRCLK / (UBR+ (M7+M6+..+M0) / 8 )  其中 M0,M1,…M6 及 M7 为控制器 UxMCTL 中的各位。调整寄存器的 8 为分别对应 8 次分频，如果  M＝1，则相应次的分频增加一个时钟周期；如果 Mi＝0，则分频计数器不变

• 配置串口模块控制寄存器 MEx

  UTXE0串口 0 的发送允许                                      URXE0串口 0 的接收允许                                      UTXE1串口 1 的发送允许                                      URXE1串口 1 的接收允许                                        0禁止                                        1允许

• SWRST=0

• 配置接收中断控制IE

  UTXIE0串口 0 的发送中断允许                                      URXIE0串口 0 的接收中断允许                                      UTXIE1串口 1 的发送中断允许                                      URXIE1串口 1 的接收中断允许                                        0禁止                                        1允许

• 设置IO口为普通I/O模式，设置IO口方向为输出

实例

发送函数

IFG1 中断标志寄存器 1 IFG2 中断标志寄存器 2

UTXIFG0串口 0 的发送中断标志                                URXIFG0串口 0 的接收中断标志                                UTXIFG1串口 1 的发送中断标志                                URXIFG1串口 1 的接收中断标志                                  0无中断请求标志                                  1有中断请求标志

相应的中断函数

一个问题

我的温度数据是short型两个字节，而串口是按字节逐位发送如何发送呢？

我目前只能一个字节一个字节的发，结果是整数十六进制的形式

（写完整篇后更新）解决了，可以数字转换成字符串形式：

学习一下ESP8266

ESP8266 是一款由上海乐鑫信息科技: https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=乐鑫信息科技&action=edit&redlink=1[1]: https://zh.wikipedia.org/wiki/ESP8266开发板#cite_note-Espressif_ESP8266-1开发的可以作为微控制器: https://zh.wikipedia.org/wiki/微控制器使用的成本极低且具有完整TCP/IP协议栈: https://zh.wikipedia.org/wiki/TCP/IP协议栈的Wi-Fi IoT: https://zh.wikipedia.org/wiki/IoT控制芯片。

MQTT：一种通讯协议

我们只是使用，并不关注其原理

烧写固件

一般的esp8266芯片需要烧录MQTT固件才能进行连接阿里云的功能

首先在安信可的网站: https://docs.ai-thinker.com/esp8266下载固件，和烧录相关程序。

其中esp8266与USB-串口连线如下：

TTLESP8266                                3V33V3                                GNDGND                                GNDIO0                                  RX/TXTX/RX                                  GNDRST

当程序显示等待上电复位时让RST接地,然后拉高。

这样就完成了烧录

完成与阿里云的通讯

相关参数由该软件生成。

成功之后阿里云的云平台的相关设备会显示在线。

与阿里云进行数据交互

属性设置

复制内容

成功则显示在下图

调试

按顺序操作

可以看见右方返回参数，串口助手也返回了相关信息

上报数据

复制该内容

成功上传数据！！！

esp8266与MSP430f149的交互

先找到引脚功能表

UART0在MSP430f169有现成的接口，用于和PC通信，UART1的TXD和RXT分别位于P36和P37这两个IO接口。

如下初始化设置：

UART1对应esp8266芯片，向其发送数据，相当于对它发送命令，其向主控机返回的信息，可以通过中断函数向UART0发送数据，显示在串口调试助手用于调试。

定义相关功能函数:

通过以上功能就可以完成向阿里云转发上传温度数据了！

完整代码：

通过阿里云平台IoT Sutdio可以开发一个物联网APP来方便查看温度

An unforgettable journey！！！