MSP430F149单片机水蛭养殖环境参数测量系统设计(6)
2.3.2 TCP/IP通信模块设计
2.3.2.1 TCP/IP相关理论
TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。这4层分别为
1.应用层。即应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。
2.传输层。在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。
3.互联网络层。负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。
4.网络接口层。对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。
下图是两台计算机进行网络通信时的数据包组成情况。
图2.3.3 TCP / IP数据包格式
传输层及其以下的机制由内核提供，应用层由用户进程提供，应用程序对通讯数据的含义进行解释，而传输层及其以上处理通讯的细节，将数据从一台计算机通过一定的路径发送到另一台计算机。应用层数据通过协议栈发到网络上时，每层协议都要加上一个数据首部，称为封装。不同的协议层对数据包有不同的称谓，在传输层叫做段，在网络层叫做数据报，在链路层叫做帧。数据封装成帧后发到传输介质上，到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部，最后将应用层数据交给应用程序处理[9]。
2.3.2.2 TCP/IP通信模块方案设计
该系统实现的TCP/IP协议电路主要是为了与上机位进行通信，使单片机系统与上机位进行信息处理。由于单片机与上机位进行通信时接口电平不同，因此需要进行接口转换，以及TCP/IP协议封装。这里采用ENC28J60芯片。ENC28J60是带有行业标准串行外设接口(Serial Peripheral Interface, SPI)的独立以太网控制器。它符合IEEE 802.3的全部规范，采用了一系列包过滤机制以对传入数据包进行限制。它还提供了一个内部DMA模块，以实现快速数据吞吐和硬件支持的IP校验和计算。[10]与主控制器的通信通过两个中断引脚(INT和WOL)和SPI 脚(SO、SI、SCK、CS)实现， 数据传输速率高达10Mb/s.两个专用的引脚(LEDA、LEDB)用于连接LED, 进行网络活动状态指示。完全符合本系统对于TCP/IP协议封装的要求。其连接框图如2.3.4所示。
图 2.3.4 TCP/IP通信模块方案设计
本系统使用MSP430F149单片机处理CC2533接收到的数据，然后传送给ENC28J60以太网控制器，将信号封装成为符合TCP/IP协议的信号，随后通过网线传送给上位机，以实现实时监控。
3水蛭养殖环境监测系统硬件设计
3.1电源电路硬件设计
温湿度的测量系统的硬件主要有电源电路、单片机电路（包括复位电路等）、信号采集电路等组成。
整个系统是通过5V的电源提供所有的要求电压，而温湿度采集系统采用3.3V供电，考虑到硬件系统对电源要求具有稳压功能和波纹小等特点，另外也考虑到硬件系统的低功耗等特点，因此该硬件系统的电源采用TI公司的TPS76033芯片实现，该芯片能很好满足该硬件系统的要求[11]。其电源电路如下图所示。
为了使输出电源的波纹小，在输出部分用了一个2.2uF和0.1uF的电容，另外在输入端也放置一个0.1uF的滤波电容，减小输入端受到的干扰。
图3.1.1 稳压电路
3.2微处理器模块硬件电路设计
3.2.1 MSP430F149单片机
传统作为处理模块的单片机是采用80C51的芯片，但是80C51系列单片机由于其内部总线是8位的，其内部功能模块基本上都是8位的虽然经过各种努力其内部功能模块有了显著增加，但是受其结构本身的限制很大，尤其模拟功能部件的增加更显困难，其指令是采用的被称为“CISC”的复杂指令集，共具有111条指令，所以在系统中存在着很多问题。而采用MSP430系列的单片机就对这些问题给予了充分的解决。MSP430系列其基本架构是16位的，同时在其内部的数据总线经过转换还存在8位的总线，在加上本身就是混合型的结构，使得其对于80C51具有巨大优势[12]。