基于MSP430的實用糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)

摘要：為了能夠?qū)Υ笮图Z倉內(nèi)的溫濕度進行監(jiān)控，采用CC2500射頻芯片和SHT11數(shù)字溫濕度傳感器，設(shè)計了一種基于MSP430單片機的實用糧倉溫濕度檢測系統(tǒng)及相關(guān)的軟硬件結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)利用ZigBee無線通信技術(shù)構(gòu)建了分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過傳感器節(jié)點對溫濕度數(shù)據(jù)進行采集和傳輸，具有組網(wǎng)簡單，維護方便，運行費用低等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的無線數(shù)據(jù)傳輸。
關(guān)鍵詞：溫濕度；CC2500；MSP430；ZigBee；SHT11

0 引言
現(xiàn)代化的糧食倉儲系統(tǒng)對糧食的安全性提出了更高的要求。在糧倉管理過程中，濕度和溫度是兩個重要的控制指標，直接影響糧食的儲存質(zhì)量。為保證日常工作的順利進行，首要問題是加強倉庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測工作。傳統(tǒng)的人工測試方法費時費力，效率低，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大；如果利用有線通信網(wǎng)絡(luò)線纜將傳感器節(jié)點組成糧倉溫濕度檢測網(wǎng)絡(luò)，需要對糧倉內(nèi)部進行較大規(guī)模的電源、線纜安裝工作，不便于后續(xù)的檢查、維修和改造。因此，溫濕度測控的無線化、智能化和信息化管理已成為包括糧倉系統(tǒng)在內(nèi)的倉庫儲備技術(shù)的發(fā)展趨勢。
本文設(shè)計采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行周圍環(huán)境的檢測和控制。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不需要較高的傳輸帶寬，但是需要較低的傳輸時延，同時對功率消耗十分敏感，因此選擇采用無線傳輸芯片和超低功耗嵌入式處理器，構(gòu)造分布式的無線傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)對糧倉溫濕度的網(wǎng)絡(luò)化實時檢測和報警、通風及排濕控制。

1 MPS430芯片
1．1 芯片功能
MPS430單片機是由TI公司推出的一系列超低功耗微處理器。它的顯著特性是具有超低功耗，有5個低功耗模式可供選擇，而且喚醒時間很短，只需要6μs，同時還擁有強大的處理能力，豐富的片上外圍模塊，靈活的時鐘系統(tǒng)，穩(wěn)定的工作狀態(tài)，方便高效的開發(fā)方式等特點。以上特性使之成為電池供電便攜設(shè)備的首選微處理器。
1．2 芯片結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)以MSP430F449作為傳感器和無線射頻芯片的MCU，其最小系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

2 無線通信網(wǎng)絡(luò)
2．1 ZigBee技術(shù)
ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)。主要適合于自動控制和遠程控制領(lǐng)域。
從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點邏輯功能上，ZigBee設(shè)備可以分為終端設(shè)備、路由節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)有且僅有一個協(xié)調(diào)器，該設(shè)備負責啟動網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)成員地址，維護網(wǎng)絡(luò)等。路由器主要實現(xiàn)擴展網(wǎng)絡(luò)及路由消息的功能，終端設(shè)備則負責與實際的監(jiān)控對象相連，是實現(xiàn)具體功能的單元。ZigBee技術(shù)可采用的拓撲模型有星型、簇樹型和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
2．2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用簇樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是路由相對比較簡單，便于擴展，可簡化連接。簇樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由一個協(xié)調(diào)器和多個星型結(jié)構(gòu)連接而成，每個星型結(jié)構(gòu)中包括數(shù)個數(shù)據(jù)采集節(jié)點(終端設(shè)備)和一個或多個路由節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)采用ZigBee協(xié)議實現(xiàn)設(shè)備之間的無線通信，數(shù)據(jù)采集節(jié)點負責采集現(xiàn)場溫濕度數(shù)據(jù)，通過無線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給路由節(jié)點；路由器節(jié)點對信息進行綜合后把數(shù)據(jù)傳送給協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器通過RS 232串口與PC機相連，用來收集整個網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，并能向數(shù)據(jù)采集節(jié)點發(fā)送命令和參數(shù)設(shè)置信息，實現(xiàn)與終端設(shè)備的通信。