基于msp430低功耗温度无线网络监测系统设计

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1、基于MSP430低功耗温度无线网络监测系统设计【摘要】基于MSP430单片机和nRF24L01射频收发器的无线传感器，网络功耗低、节点体积小，实现了随机分布的传感器网络自组织，可以广泛地应用于各类无线数据通讯、环境监测、安防系统等领域。采用VB高级编程语言编写了MSP430单片机与PC机之间的串行通信软件，实现了采集到的数据能在PC机上显示、存储、绘制曲线，同时PC机能给单片机发送控制命令等功能。实践表明该无线监控系统能可靠运行。【关健词】无线传感器网络；单片机射频收发器；自组织VB编程软件；串口通信1.引言无

2、线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信技术自组织构成的网络，具有十分广阔的应用前景，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的技术之一。根据小型化、实时监测和低功耗等要求，系统给出了一种以极低功耗MSP430F135单片机为核心，以DS18B20数字温度传感器为测温传感器单元和以nRF24L01无线收发射频芯片为传输单元等，所组成的无线极低功耗温度测量节点的设计。同时根据自组织协议，设计了一个多测温节点和一个主节点的无线测温网络监控系统。本文将从极低功耗设计和无线通讯网络组织两个方面来分析。1.极低功耗测温节点的

3、设计传统的温度数据的测量多通过导线或总线方式传输到仪器内部，再做相应的处理。在实际工程中往往测温点和温度处理点的距离比较远，需要较长的导线将测量信号传到温度处理处理点，这样大大的增加了布线成本等。在一些要求有防爆性能的场合和无法布线的地方测量温度等数据就存在极大的问题。无线温度传感器正好在这些方面解决了这些问题。2.1极低功耗测温节点组成极低功耗温度测量节点的整体组成，如图1所示。2.2极低功耗设计低功耗设计是嵌人式系统的普遍要求，通过无线射频通讯方案解决了温度数据的无线采集，但是整个系统的功耗直接影响着传感器

4、的工作寿命。无线温度传感器是一个手持设备，只能使用电池作为电源，因此对所采用微控制器和外围部件的低功耗特性要求比较高。2.2.1MSP430F135与低功耗[1]MSP430F135和通信模块在不同时钟下运行，由于处理器的功耗与工作频率成正比，工作在低频方式下将大大降低处理器的功耗。MSP430F135功耗可以通过开关状态寄存器的控制位来控制，正常工作时电流为160uA,备用时为0.luA,为传感器的极低功耗要求提供有力的条件oMSP430F135在初始化完成后，处于LPM3工作模式，仅当有外部中断发生时唤醒进

5、入终端服务程序，完成后重新进入低功耗模式，照此循环往复，可以最大的实现低功耗。2.2.2nRF24L01与低功耗nRF24L01具有接收、发射、掉电、等待4种工作模式，只有当监测和接收频率相同的载波的时候并且地址匹配的情况下才进入接收模式，当传感器采集到数据需要发送的时候才唤醒nRF24L01进入发射模式，其他情况nRF24L01进入掉电模式nRF24L01被禁止，电流消耗将最小，典型值为2.5uA,模式之间的切换将大大提高系统的工作时间。2.3硬件电路设计2.3.1MSP430F135组成的控制电路设计[2]

6、极低功耗测温节点的微处理单元采用的是MSP430F135单片机，该单片机的特点如下：MSP430系列单片机电源电压采用1.8-3.6V低电压，系统有一种活动模式(AM)和5种低功耗模式(LPM0-LPM4)；采用目前流行的精简指令集(RISC)结构，具有强大的处理能力；结合TI的高性能模拟技术，集成了较丰富的片内外设;大量使用FLASH型器件，具有方便高效的开发调试环境.器件片内有JTAG调试接口,还有可电擦写的FLASH型存储器,通过JTAG接口下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JT

7、AG接口读取片内信息，供设计者调试使用。MSP430F135单片机采用1.8-3.6V低电压供电，RAM数据保持方式下耗电仅0.luA,活动模式耗电250uA/MIPS,传统的MCS51单片机约为10〜20mA/MIPS,其输入端口的漏电流最大为50nA,远低于其他系列单片机(1〜10mA),加上它本身具有5种低功耗模式(LPM0〜LPM4),其应用系统可以做到用1枚电池使用10年。MSP430F135单片机的这些特征，非常适合应用在无线传感器网络中。硬件连接图如图2所示。2.3.2射频电路设计2.3.3数字温

8、度传感器DS18B20接口电路设计[4][5]DS18B20是美国DALLAS公司推出的单总线数字测温芯片BJo温度测量范围为-551〜-125°Co出厂时为默认12位转换精度，温度数字量转化时间是750ms；DS18B20工作在9位、10位、11位和12位模式时的温度分辨力依次为0.5£、0.25°C、0.125°C、0.0625°C；它具有独特的单线接口方式,将非电模拟量温度值转换