基于MSP430的實(shí)用糧倉溫濕度檢測系統

摘要：為了能夠對大型糧倉內的溫濕度進(jìn)行監控，采用CC2500射頻芯片和SHT11數字溫濕度傳感器，設計了一種基于MSP430單片機的實(shí)用糧倉溫濕度檢測系統及相關(guān)的軟硬件結構。該系統利用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)構建了分布式無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)傳感器節點(diǎn)對溫濕度數據進(jìn)行采集和傳輸，具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單，維護方便，運行費用低等優(yōu)點(diǎn)，能夠實(shí)現可靠的無(wú)線(xiàn)數據傳輸。
關(guān)鍵詞：溫濕度；CC2500；MSP430；ZigBee；SHT11

0 引言
現代化的糧食倉儲系統對糧食的安全性提出了更高的要求。在糧倉管理過(guò)程中，濕度和溫度是兩個(gè)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(jìn)行，首要問(wèn)題是加強倉庫內溫度與濕度的監測工作。傳統的人工測試方法費時(shí)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(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)纜將傳感器節點(diǎn)組成糧倉溫濕度檢測網(wǎng)絡(luò )，需要對糧倉內部進(jìn)行較大規模的電源、線(xiàn)纜安裝工作，不便于后續的檢查、維修和改造。因此，溫濕度測控的無(wú)線(xiàn)化、智能化和信息化管理已成為包括糧倉系統在內的倉庫儲備技術(shù)的發(fā)展趨勢。
本文設計采用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行周?chē)h(huán)境的檢測和控制。無(wú)線(xiàn)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)對功率消耗十分敏感，因此選擇采用無(wú)線(xiàn)傳輸芯片和超低功耗嵌入式處理器，構造分布式的無(wú)線(xiàn)傳感器監測網(wǎng)絡(luò )，以實(shí)現對糧倉溫濕度的網(wǎng)絡(luò )化實(shí)時(shí)檢測和報警、通風(fēng)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(zhù)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)還擁有強大的處理能力，豐富的片上外圍模塊，靈活的時(shí)鐘系統，穩定的工作狀態(tài)，方便高效的開(kāi)發(fā)方式等特點(diǎn)。以上特性使之成為電池供電便攜設備的首選微處理器。
1．2 芯片結構
本系統以MSP430F449作為傳感器和無(wú)線(xiàn)射頻芯片的MCU，其最小系統原理圖如圖1所示。

2 無(wú)線(xiàn)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、低數據速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。主要適合于自動(dòng)控制和遠程控制領(lǐng)域。
從網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)邏輯功能上，ZigBee設備可以分為終端設備、路由節點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器；一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )有且僅有一個(gè)協(xié)調器，該設備負責啟動(dòng)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(shí)現擴展網(wǎng)絡(luò )及路由消息的功能，終端設備則負責與實(shí)際的監控對象相連，是實(shí)現具體功能的單元。ZigBee技術(shù)可采用的拓撲模型有星型、簇樹(shù)型和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )結構。
2．2 系統網(wǎng)絡(luò )結構
本系統采用簇樹(shù)型網(wǎng)絡(luò )結構，其優(yōu)點(diǎn)是路由相對比較簡(jiǎn)單，便于擴展，可簡(jiǎn)化連接。簇樹(shù)型網(wǎng)絡(luò )結構由一個(gè)協(xié)調器和多個(gè)星型結構連接而成，每個(gè)星型結構中包括數個(gè)數據采集節點(diǎn)(終端設備)和一個(gè)或多個(gè)路由節點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )拓撲結構如圖2所示。

系統采用ZigBee協(xié)議實(shí)現設備之間的無(wú)線(xiàn)通信，數據采集節點(diǎn)負責采集現場(chǎng)溫濕度數據，通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊將數據發(fā)送給路由節點(diǎn)；路由器節點(diǎn)對信息進(jìn)行綜合后把數據傳送給協(xié)調器；協(xié)調器通過(guò)RS 232串口與PC機相連，用來(lái)收集整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的數據，并能向數據采集節點(diǎn)發(fā)送命令和參數設置信息，實(shí)現與終端設備的通信。