超低功耗糧倉無線實時監(jiān)測系統(tǒng)設計

摘要：針對在糧庫溫度智能監(jiān)測領域，采用電線電纜傳輸數據的不便以及目前無線傳感網絡節(jié)點壽命短的問題，利用MSP430超低功耗單片機設計了超低功耗無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)?；?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/超低">超低功耗設計了系統(tǒng)的整體框架以及各模塊硬件，其中包括節(jié)點、溫度傳感器模塊、無線通信模塊、通信協(xié)議、桌面實時顯示程序，通信協(xié)議解決了多個節(jié)點同時介入時的碰撞問題并設計了節(jié)能算法。最后對整個系統(tǒng)的可靠性以及節(jié)點的使用壽命進行了實驗驗證，經過試驗的檢驗本系統(tǒng)具有超低功耗的特點，基本滿足超低功耗糧倉無線實時監(jiān)測系統(tǒng)的設計需求。
關鍵詞：超低功耗；MSP430；硬件；節(jié)能；試驗驗證

0 引言
溫度對糧食的存放起著至關重要的作用，國家糧食法規(guī)定，必須定期抽樣檢查糧庫各點的溫度，以便及時采取相應的措施保證糧食的安全。但我國大部分糧庫采用人工的方式進行糧庫溫度測量，這樣不但費時費力，而且不能做到對糧食溫度的實時監(jiān)測，導致我國每年都會有大面積糧食變質現象的發(fā)生。
近年來，我國的科研人員開發(fā)了一些無線傳感網絡檢測系統(tǒng)，它們有的采用ARM+ZigBee，還有的采用Atmega128L+ZigBee。但是從功耗和成本以及糧倉環(huán)境的復雜程度多方面考慮，本文利用MSP430+nRF905設計了基于改進的TDMA通信協(xié)議的超低功耗無線傳感網絡。此系統(tǒng)具有成本低、超低功耗的特點，實現了對糧庫溫度的實時監(jiān)控。

1 系統(tǒng)整體結構設計
為了實現超低功耗的設計應從硬件和軟件兩方面同時進行，硬件電路的設計盡量采用低功耗器件，減少電路設計的復雜程度；軟件方面讓不工作的節(jié)點進入休眠狀態(tài)，程序設計簡練、減少循環(huán)。
1．1 系統(tǒng)整體結構
本系統(tǒng)由傳感節(jié)點、匯聚節(jié)點、管理平臺三部分構成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，傳感節(jié)點負責完成糧庫現場溫度的采集和處理，并通過無線傳感器與匯聚節(jié)點進行數據交換。匯聚節(jié)點負責實現兩個通信網絡之間數據的交換，實現兩種協(xié)議之間的通信協(xié)議轉換，它發(fā)布管理節(jié)點的檢測任務，并把收集到的數據轉發(fā)到管理平臺上。管理平臺主要是實現對整個網絡的檢測、管理及采集溫度的實時顯示，以及對歷史采集數據的查看。

1．2 節(jié)點硬件的設計
傳感節(jié)點主要由處理器模塊、傳感器模塊、無線通信模塊、電源模塊組成。圖2為傳感節(jié)點組成框圖。

處理器模塊是傳感節(jié)點核心模塊，負責完成數據處理、數據存儲、執(zhí)行通信協(xié)議和節(jié)點調度管理工作等。傳感器模塊負責感知數據。無線通信模塊負責完成無線通信任務，是傳感器節(jié)點中最主要的耗能模塊。電源模塊是所有電子系統(tǒng)的基礎，考慮到節(jié)點使用的壽命、成本、體積和設計復雜程度，電源模塊的設計采用原電池。
1．2．1 處理器的選擇
基于本系統(tǒng)只需進行低速數據處理且硬件設計以簡單為宜，所以不需使用功能強大價位較高的ARM處理器，處理器模塊選用價位較低的TI公司的16 b超低功耗MSP430F149，該芯片具有5種低功耗工作模式，休眠時電流為只有0．1μA。片內集成60KB+256 B的FLASH，2 KB的RAM，完全可以勝任無線溫度檢測系統(tǒng)溫度。