采用MSP430的無(wú)源無(wú)線(xiàn)室內溫度傳感節點(diǎn)設計

　　摘要：無(wú)源、無(wú)線(xiàn)是構建綠色節能建筑，實(shí)施綠色節能改造工程的重要技術(shù)手段。無(wú)源無(wú)線(xiàn)樓控系統的使用將大量減少線(xiàn)纜布設、金屬使用、電池更換、污染物排放所帶來(lái)的建筑開(kāi)銷(xiāo)。本設計采用最新的能量收集技術(shù)，能夠充分利用日常生活中室內的光線(xiàn)能量，實(shí)現溫度無(wú)線(xiàn)數據采集傳輸，配合風(fēng)機盤(pán)管溫控器實(shí)現智能建筑室內溫度調節的功能。

　　引言

　　現代樓宇自控領(lǐng)域采用樓宇能源管理系統以達到降低建筑能耗的目的，然而建筑的開(kāi)銷(xiāo)不僅僅局限于水、電、熱等傳統能源的消耗，還包括線(xiàn)纜的鋪設、電池更換等設備維護帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)，建筑物的大量開(kāi)銷(xiāo)每年帶來(lái)的高額費用是國家、企業(yè)的大包袱。因此綠色節能建筑工程的改造實(shí)施迫在眉睫。

　　無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感器是無(wú)源無(wú)線(xiàn)樓控產(chǎn)品的基本構成單元，它的成功運用得益于不斷發(fā)展并成熟的能量收集技術(shù)，使我們能夠充分利用日常生活中室內的光線(xiàn)能量，人體活動(dòng)的機械能量等為我們的樓宇自控服務(wù)，實(shí)現無(wú)線(xiàn)控制的目的。產(chǎn)品的使用減少了布線(xiàn)設計、鋪設線(xiàn)纜等工作，使系統安裝的費用也大大降低。

　　總體方案設計

　　要成功地設計完整的獨立型無(wú)線(xiàn)傳感器系統，必須滿(mǎn)足如下條件：(1)能夠以最低待機電流工作，從而最大程度地提高能源存儲效率;(2)工作時(shí)消耗最低電能;(3)能夠瞬間開(kāi)啟和關(guān)閉;(4)可在工作模式和待機模式的最低占空比下高效工作;(5)具有傳感器連接和測量的模擬功能;(6)能夠在低電壓范圍內工作;(7)最低漏電流可最大程度地提高能源收集效率。

　　根據目標要求，在設計時(shí)我們采用MSP430超低功耗型微控制器作為主控芯片[1]，能量收集采用LTC3588-1[2]，把太陽(yáng)感光板的電能變化存儲作為能源，溫度傳感器采用低功耗的MCP9800[3]，無(wú)線(xiàn)傳輸芯片采用CC1100[4]，整個(gè)設計在關(guān)斷時(shí)能量消耗很小，根據實(shí)際情況室內溫度變化比較緩慢，把采集溫度數據和傳輸分時(shí)操作，本設計能夠滿(mǎn)足無(wú)源溫度采集和傳輸要求。

　　硬件電路設計

　　能量采集電路

　　LTC3588-1通過(guò)從周?chē)h(huán)境收集環(huán)境光線(xiàn)能量而使遠程傳感器能夠不依靠電池來(lái)運作。該器件包含了所有關(guān)鍵的電源管理功能：一個(gè)低損耗橋式整流器、一個(gè)高效率降壓型穩壓器、一個(gè)負責接通和關(guān)斷降壓型轉換器的低偏置UVL0檢測器、以及一個(gè)用于在電源可用時(shí)喚醒微控制器的PGOOD狀態(tài)信號，LTC3588-1僅利用5個(gè)外部組件即可支持高達l00mA的負載。

　　無(wú)線(xiàn)傳輸電路

　　CC1100的主要操作參數和64位傳輸/接收FIFO(先進(jìn)先出堆棧)可通過(guò)SPI接口和MSP430F2274進(jìn)行連接。工作在433MHz免費ISM頻段免許可證使用?；贔SK的調制方式，采用高效前向糾錯和信道交織編碼技術(shù)，提高了數據抗隨機干擾和突發(fā)干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率10-5~10-6。傳輸距離遠在直線(xiàn)可視情況下，天線(xiàn)放置高度位置>2米，9600bps可靠傳輸距離大于200m(BER=10-3/9600bps);1200bps傳輸距離可達300m(BER=10-3/1200bps)。

　　溫度采集電路

　　MCP9800系列溫度傳感器由一個(gè)帶隙型溫度傳感器，一個(gè)Σ-Δ模數轉換器(ADC)，幾個(gè)用戶(hù)可編程寄存器和一個(gè)雙線(xiàn)I2C/SMBus協(xié)議兼容的串行接口組成。工作電流：200μA(典型值)關(guān)斷電流：1μA(最大值)，本設計工作在省電的單次(One-shot)溫度測量模式。