基于MSP430和CC2530的環境監測系統設計

文/陳官

1 概述

隨著物聯網技術在設施農業中的應用，環境數據的傳感檢測、無線傳輸等成為影響農業物聯網實現的重要環節。綜合考慮工況，在原基于CC2530 的ZigBee 無線數據采集、傳輸系統的基礎上，設計了以MSP430 單片機為環境數據采集層，以CC2530 為無線傳輸層的環境監測系統，實現對溫濕度、光照度等環境數據的采集、監測，融合了MSP430 單片機超低功耗、高處理能力和CC2530 無線自組網的性能優勢，從而確保系統的功能完善、運行可靠。

2 系統的總體設計

該系統主要由傳感器模塊、數據采集模塊、無線傳輸模塊、電源模塊和顯示模塊組成。系統組成示意圖如圖1。

3 系統硬件設計

3.1 傳感器模塊

設施環境中的溫度、濕度和光照等數據通過傳感器獲取。綜合考慮，選用SHT11 型溫濕度傳感器，BH1750FVI 型光照度傳感器，均是支持I2C 串口通信的數字量傳感器，具有靈敏度更高、抗干擾能力強，可靠性高、傳輸速度快的優點。

3.2 數據采集傳輸模塊

本設計采用低功耗芯片MSP430F149 和CC2530 為基礎的數據采集傳輸模塊，MSP430F149 是16 位超低功耗的混合信號處理器，集成了多路模/數電路和微處理器，I/O端口多，處理能力強。電路原理圖如圖2所示，通過串行通信接口P3.4、P3.5 工作在UART模式下與CC2530 模塊的P0.2、P0.3 接口相連，SHT11 與MSP430F149 的P2.4 和P3.3 連 接，BH1750FVI 與MSP430F149 的P1.4 和P1.3 連接，將傳感器采集到的溫濕度、光照數據進行處理和存儲，并傳輸給CC2530 路由節點，由ZigBee 協調器接收各個路由節點的數據，向上位機傳輸，完成整個系統的數據采集、發送、監測功能。

3.3 電源模塊

本系統中傳感器、采集器和ZigBee 傳輸模塊需3.3V 供電，采用LM2576-3.3 型降壓開關集成穩壓器將12V 開關電壓轉換成3.3V 電壓。

4 系統軟件設計

4.1 數據采集程序設計

溫濕度、光照度傳感器和MSP430 采集器均遵循I2C 總線通訊協議，采用C 語言編程實現對溫度、濕度和光照度數據的讀取、存儲、發送等處理工作。MSP430F149 單片機首先對系統時鐘和串口進行初始化，開啟總中斷和串口，開始循環，當遇到中斷，進入中斷子程序，依次讀取傳感器數據，存入指定寄存器，經串口USART0 傳送給CC2530 模塊。采集器采用標準ModbusRTU 協議與上位機通訊，通過RS232 接口與顯示屏通訊。

4.2 ZigBee通訊設計

基于CC2530 的ZigBee 無線通訊可通過IAR Embedded Workbench 軟件開發環境進行Z-Stack-CC2530 的ZigBee 協議棧程序設計，利用ZigBee Module Configure V51 軟件進行串口參數、設備地址、設備類型的組網配置，實現協調節點、路由節點的自組網功能，實現環境參數的無線傳輸與發送。

5 結束語

設計的基于MSP430 單片機和CC2350 的環境數據監測系統，發揮了MSP430 強大的數據處理和運算能力，豐富的接口利于監測節點的拓展，改善了無線傳感網絡監控系統的局限性。適用于設施農業中的溫濕度、光照等環境參數的采集、顯示與調控，可作為農業物聯網感知層的可靠應用，服務于設施農業的規模化、工廠化、集約化生產需要。

圖1：系統組成示意圖