基于MSP430的實(shí)用糧倉溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)

摘要：為了能夠?qū)Υ笮图Z倉內(nèi)的溫濕度進(jìn)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(jì)了一種基于MSP430單片機(jī)的實(shí)用糧倉溫濕度檢測(cè)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(diǎn)對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，具有組網(wǎng)簡單，維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，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(chǔ)系統(tǒng)對(duì)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(gè)重要的控制指標(biāo)，直接影響糧食的儲(chǔ)存質(zhì)量。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度與濕度的監(jiān)測(cè)工作。傳統(tǒng)的人工測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低，且測(cè)試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大；如果利用有線通信網(wǎng)絡(luò)線纜將傳感器節(jié)點(diǎn)組成糧倉溫濕度檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，需要對(duì)糧倉內(nèi)部進(jìn)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(cè)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(chǔ)備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
本文設(shè)計(jì)采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行周圍環(huán)境的檢測(cè)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(shí)延，同時(shí)對(duì)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(cè)網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)糧倉溫濕度的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)檢測(cè)和報(bào)警、通風(fēng)及排濕控制。

1 MPS430芯片
1．1 芯片功能
MPS430單片機(jī)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(gè)低功耗模式可供選擇，而且喚醒時(shí)間很短，只需要6μs，同時(shí)還擁有強(qiáng)大的處理能力，豐富的片上外圍模塊，靈活的時(shí)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(diǎn)。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(fù)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(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域。
從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)邏輯功能上，ZigBee設(shè)備可以分為終端設(shè)備、路由節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)有且僅有一個(gè)協(xié)調(diào)器，該設(shè)備負(fù)責(zé)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)成員地址，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)等。路由器主要實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)及路由消息的功能，終端設(shè)備則負(fù)責(zé)與實(shí)際的監(jiān)控對(duì)象相連，是實(shí)現(xiàn)具體功能的單元。ZigBee技術(shù)可采用的拓?fù)淠Ｐ陀行切?、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(diǎn)是路由相對(duì)比較簡單，便于擴(kuò)展，可簡化連接。簇樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由一個(gè)協(xié)調(diào)器和多個(gè)星型結(jié)構(gòu)連接而成，每個(gè)星型結(jié)構(gòu)中包括數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)(終端設(shè)備)和一個(gè)或多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)采用ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的無線通信，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)；路由器節(jié)點(diǎn)對(duì)信息進(jìn)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(jī)相連，用來收集整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，并能向數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令和參數(shù)設(shè)置信息，實(shí)現(xiàn)與終端設(shè)備的通信。