基于MSP430的實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單片機的實用糧倉溫濕度檢測系統及相關的軟硬件結構。該系統利用ZigBee無線通信技術構建了分布式無線傳感器網絡，通過傳感器節點對溫濕度數據進行采集和傳輸，具有組網簡單，維護方便，運行費用低等優點，能夠實現可靠的無線數據傳輸。
關鍵詞：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。在糧倉管理過程中，濕度和溫度是兩個重要的控制指標，直接影響糧食的儲存質量。為保證日常工作的順利進行，首要問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；如果利用有線通信網絡線纜將傳感器節點組成糧倉溫濕度檢測網絡，需要對糧倉內部進行較大規模的電源、線纜安裝工作，不便于后續的檢查、維修和改造。因此，溫濕度測控的無線化、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的發展趨勢。
本文設計采用無線傳感器網絡技術進行周圍環境的檢測和控制。無線傳感器網絡不需要較高的傳輸帶寬，但是需要較低的傳輸時延，同時對功率消耗十分敏感，因此選擇采用無線傳輸芯片和超低功耗嵌入式處理器，構造分布式的無線傳感器監測網絡，以實現對糧倉溫濕度的網絡化實時檢測和報警、通風及排濕控制。

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。它的顯著特性是具有超低功耗，有5個低功耗模式可供選擇，而且喚醒時間很短，只需要6μs，同時還擁有強大的處理能力，豐富的片上外圍模塊，靈活的時鐘系統，穩定的工作狀態，方便高效的開發方式等特點。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作為傳感器和無線射頻芯片的MCU，其最小系統原理圖如圖1所示。

2 無線通信網絡
2．1 ZigBee技術
ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術。主要適合于自動控制和遠程控制領域。
從網絡節點邏輯功能上，ZigBee設備可以分為終端設備、路由節點、網絡協調器；一個ZigBee網絡有且僅有一個協調器，該設備負責啟動網絡，配置網絡成員地址，維護網絡等。路由器主要實現擴展網絡及路由消息的功能，終端設備則負責與實際的監控對象相連，是實現具體功能的單元。ZigBee技術可采用的拓撲模型有星型、簇樹型和網狀網絡結構。
2．2 系統網絡結構
本系統采用簇樹型網絡結構，其優點是路由相對比較簡單，便于擴展，可簡化連接。簇樹型網絡結構由一個協調器和多個星型結構連接而成，每個星型結構中包括數個數據采集節點(終端設備)和一個或多個路由節點，網絡拓撲結構如圖2所示。

系統采用ZigBee協議實現設備之間的無線通信，數據采集節點負責采集現場溫濕度數據，通過無線模塊將數據發送給路由節點；路由器節點對信息進行綜合后把數據傳送給協調器；協調器通過RS 232串口與PC機相連，用來收集整個網絡中的數據，并能向數據采集節點發送命令和參數設置信息，實現與終端設備的通信。