超低功耗糧倉無線實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對在糧庫溫度智能監(jiān)測領(lǐng)域，采用電線電纜傳輸數(shù)據(jù)的不便以及目前無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)壽命短的問題，利用MSP430超低功耗單片機(jī)設(shè)計(jì)了超低功耗無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)?；?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/超低">超低功耗設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體框架以及各模塊硬件，其中包括節(jié)點(diǎn)、溫度傳感器模塊、無線通信模塊、通信協(xié)議、桌面實(shí)時顯示程序，通信協(xié)議解決了多個節(jié)點(diǎn)同時介入時的碰撞問題并設(shè)計(jì)了節(jié)能算法。最后對整個系統(tǒng)的可靠性以及節(jié)點(diǎn)的使用壽命進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過試驗(yàn)的檢驗(yàn)本系統(tǒng)具有超低功耗的特點(diǎn)，基本滿足超低功耗糧倉無線實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。
關(guān)鍵詞：超低功耗；MSP430；硬件；節(jié)能；試驗(yàn)驗(yàn)證

0 引言
溫度對糧食的存放起著至關(guān)重要的作用，國家糧食法規(guī)定，必須定期抽樣檢查糧庫各點(diǎn)的溫度，以便及時采取相應(yīng)的措施保證糧食的安全。但我國大部分糧庫采用人工的方式進(jìn)行糧庫溫度測量，這樣不但費(fèi)時費(fèi)力，而且不能做到對糧食溫度的實(shí)時監(jiān)測，導(dǎo)致我國每年都會有大面積糧食變質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生。
近年來，我國的科研人員開發(fā)了一些無線傳感網(wǎng)絡(luò)檢測系統(tǒng)，它們有的采用ARM+ZigBee，還有的采用Atmega128L+ZigBee。但是從功耗和成本以及糧倉環(huán)境的復(fù)雜程度多方面考慮，本文利用MSP430+nRF905設(shè)計(jì)了基于改進(jìn)的TDMA通信協(xié)議的超低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)。此系統(tǒng)具有成本低、超低功耗的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對糧庫溫度的實(shí)時監(jiān)控。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)超低功耗的設(shè)計(jì)應(yīng)從硬件和軟件兩方面同時進(jìn)行，硬件電路的設(shè)計(jì)盡量采用低功耗器件，減少電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度；軟件方面讓不工作的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，程序設(shè)計(jì)簡練、減少循環(huán)。
1．1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)由傳感節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、管理平臺三部分構(gòu)成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，傳感節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)完成糧庫現(xiàn)場溫度的采集和處理，并通過無線傳感器與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)兩個通信網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)的交換，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，它發(fā)布管理節(jié)點(diǎn)的檢測任務(wù)，并把收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到管理平臺上。管理平臺主要是實(shí)現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的檢測、管理及采集溫度的實(shí)時顯示，以及對歷史采集數(shù)據(jù)的查看。

1．2 節(jié)點(diǎn)硬件的設(shè)計(jì)
傳感節(jié)點(diǎn)主要由處理器模塊、傳感器模塊、無線通信模塊、電源模塊組成。圖2為傳感節(jié)點(diǎn)組成框圖。

處理器模塊是傳感節(jié)點(diǎn)核心模塊，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、執(zhí)行通信協(xié)議和節(jié)點(diǎn)調(diào)度管理工作等。傳感器模塊負(fù)責(zé)感知數(shù)據(jù)。無線通信模塊負(fù)責(zé)完成無線通信任務(wù)，是傳感器節(jié)點(diǎn)中最主要的耗能模塊。電源模塊是所有電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)，考慮到節(jié)點(diǎn)使用的壽命、成本、體積和設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，電源模塊的設(shè)計(jì)采用原電池。
1．2．1 處理器的選擇
基于本系統(tǒng)只需進(jìn)行低速數(shù)據(jù)處理且硬件設(shè)計(jì)以簡單為宜，所以不需使用功能強(qiáng)大價位較高的ARM處理器，處理器模塊選用價位較低的TI公司的16 b超低功耗MSP430F149，該芯片具有5種低功耗工作模式，休眠時電流為只有0．1μA。片內(nèi)集成60KB+256 B的FLASH，2 KB的RAM，完全可以勝任無線溫度檢測系統(tǒng)溫度。