一種基于MSP430和CC2530的溫室大棚數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計

AM2301數(shù)字溫濕度傳感器采用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。AM2301的供電電壓為5 V，為4針單排引腳封裝。傳感器上電之后，要等待1 s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間無需發(fā)送任何指令。AM2301的引腳2為數(shù)據(jù)線DATA，用于CC2530與AM2301之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，測量精度分別為溫度16bit，濕度16bit。

TGS4161是由半導體氣體傳感器制造商Figaro幾年前推出的一款長期穩(wěn)定工作的二氧化碳傳感器，供電電壓為5 V，它由置于襯墊上的對二氧化碳敏感的固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)成，并配有加熱器，以減小環(huán)境溫度改變對測量的影響;TGS4161非常脆弱，一個持續(xù)流經(jīng)高阻抗傳感器核心的電流就會燒毀它，所以設計中選用TLC271對傳感器進行保護。傳感器輸出電平端通過TLC271與CC2530的AD端口P0_0相連接。

BH1750是一種不區(qū)分光源的數(shù)字型環(huán)境光強度傳感器，供電電壓為3.3 V，采用兩線式串行總線接口的集成電路，根據(jù)收集的光線強度數(shù)據(jù)進行環(huán)境監(jiān)測，具有1—65535lx(lx為光照強度單位)的高分辨率，可支持較大范圍的光照強度變化。設計的模塊中，BH1750的SCL、SDA引腳分別與CC2530的P1_4和P1_5相連接。

2.4 鋰電池供電電路

考慮到在溫室大棚內(nèi)使用CC2530需要在無人值守的情況下工作，連接傳感器的CC2530以及CC2530路由節(jié)點均使用鋰電池供電。鋰電池供電電路如圖5所示，左邊部分為鋰電池轉(zhuǎn)3.3 V電路，右邊部分為鋰電池轉(zhuǎn)5 V電路，轉(zhuǎn)換芯片選用LTC3440。

本設計采用市面上最常用的鋰電池作為電源，可充電的鋰離子電池的額定電壓為3.6 V。鋰離子電池的放電曲線平坦，可以保證CC2530模塊收發(fā)數(shù)據(jù)時具有更好的線性特征。Linear Teehnology公司的LTC3440是一種高效率、固定頻率、降壓-升壓型的DC/DC轉(zhuǎn)換器，能夠用單個電感器調(diào)節(jié)輸出電壓，使其高于、低于或等于輸入電壓，其輸入和輸出的電壓范圍均為2.5～5.5 V。LTC3440在所有的工作模式下都具備連續(xù)傳送功能，非常適用于延長單節(jié)鋰電池或者鎳氫電池的工作時間。其中鋰電池轉(zhuǎn)3.3 V電壓用來給CC2530無線模塊、BH1750傳感器供電，鋰電池轉(zhuǎn)5 V用來給TGS4161傳感器和AM2301傳感器供電，如果接有CC2530模塊的模塊不與上位機間進行通訊，也可采用鋰電池轉(zhuǎn)3.3 V供電。

3 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)中MSP430F149的開發(fā)環(huán)境為IAR Embedded Workbench Evaluation for MSP430 5.30，CC2530的開發(fā)環(huán)境為IAR Embedded Work beneh for 8051 8.10 Evaluation。CC2530所使用的協(xié)議棧為TI公司的ZStaek-CC2530-2.3.0-1.4.0。系統(tǒng)的軟件流程圖如圖6所示，其中左邊為與CC2530相連接的MSP430F149軟件流程圖，右邊為連接傳感器的CC2530數(shù)據(jù)采集發(fā)送流程圖。

4 結(jié)論

該溫室大棚數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以MSP430F149與CC2530為核心硬件資源，各電路工作穩(wěn)定，系統(tǒng)搭建后無需人員長期值守，各采集模塊獨立工作。實際測試表明，該系統(tǒng)能夠準確采集到溫室大棚內(nèi)的溫濕度、二氧化碳濃度和光照強度數(shù)據(jù)，并能夠成功的發(fā)送給MSP430F149單片機，系統(tǒng)通過休眠機制大大降低了系統(tǒng)的功耗，在智能農(nóng)業(yè)領域有著廣闊的發(fā)展空間。