一種基于MSP430和CC2530的溫室大棚數據采集系統設計

AM2301數字溫濕度傳感器采用專(zhuān)用的數字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(cháng)期穩定性。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(guò)不穩定狀態(tài)，在此期間無(wú)需發(fā)送任何指令。AM2301的引腳2為數據線(xiàn)DATA，用于CC2530與AM2301之間的通訊和同步，采用單總線(xiàn)數據格式，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(cháng)期穩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(gè)持續流經(jīng)高阻抗傳感器核心的電流就會(huì )燒毀它，所以設計中選用TLC271對傳感器進(jìn)行保護。傳感器輸出電平端通過(guò)TLC271與CC2530的AD端口P0_0相連接。

BH1750是一種不區分光源的數字型環(huán)境光強度傳感器，供電電壓為3.3 V，采用兩線(xiàn)式串行總線(xiàn)接口的集成電路，根據收集的光線(xiàn)強度數據進(jìn)行環(huán)境監測，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使用CC2530需要在無(wú)人值守的情況下工作，連接傳感器的CC2530以及CC2530路由節點(diǎn)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3.3 V電路，右邊部分為鋰電池轉5 V電路，轉換芯片選用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(xiàn)平坦，可以保證CC2530模塊收發(fā)數據時(shí)具有更好的線(xiàn)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轉換器，能夠用單個(gè)電感器調節輸出電壓，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傳送功能，非常適用于延長(cháng)單節鋰電池或者鎳氫電池的工作時(shí)間。其中鋰電池轉3.3 V電壓用來(lái)給CC2530無(wú)線(xiàn)模塊、BH1750傳感器供電，鋰電池轉5 V用來(lái)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(jìn)行通訊，也可采用鋰電池轉3.3 V供電。

3 系統軟件設計

本系統中MSP430F149的開(kāi)發(fā)環(huán)境為IAR Embedded Workbench Evaluation for MSP430 5.30，CC2530的開(kāi)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T(mén)I公司的ZStaek-CC2530-2.3.0-1.4.0。系統的軟件流程圖如圖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數據采集發(fā)送流程圖。

4 結論

該溫室大棚數據采集系統以MSP430F149與CC2530為核心硬件資源，各電路工作穩定，系統搭建后無(wú)需人員長(cháng)期值守，各采集模塊獨立工作。實(shí)際測試表明，該系統能夠準確采集到溫室大棚內的溫濕度、二氧化碳濃度和光照強度數據，并能夠成功的發(fā)送給MSP430F149單片機，系統通過(guò)休眠機制大大降低了系統的功耗，在智能農業(yè)領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的發(fā)展空間。