基于msp430mcu无线低功耗智能环境监测系统设计

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1、基于MSP430MCU无线低功耗智能环境监测系统设计　　摘要以超低功耗的MSP430F5xx单片机为控制核心，设计实现了一个低功耗的无线环境监测系统，制作监测终端和探测节点。整个无线传输系统采用OOK（On-OffKeying）调制方式，终端能从节点获取相关的环境参数，如紫外线辐射量、可吸入颗粒物浓度、SO2浓度、温度、湿度、风速，将其显示在触摸液晶屏上，同时用户可以选择上限报警功能，以完成友好的人机交互。关键词MSP4305xx；无线传输；低功耗；环境监测中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1671-7597（2014

2、）01-0012-02目前，环境日趋恶劣，越来越多的人开始关注周围的环境，因为这直接关系到每个人的切身利益，但是由于我国人口密度较大、污染物空间分布非均匀性较强、污染监控点布设不合理、经济技术条件比较落后等客观因素，造成以现有方式获取的数据不具有代表性。为解决以上问题，本文决定研究和开发具有高性价比的智能环境监测系统，以实现监测系统的小型化、个人化、智能化的目标，满足每个人对周围环境的知情权与监督权。7随着科技日新月异的变化，环境检测由经典的化学分析逐渐发展为传感器检测，无线传输技术也以其安装方便、灵活性强、性价比高等特性得到了各

3、行各业的广泛接受。这些都为环境的无线智能监测提供了极大的可能。1总体方案设计整个环境监测系统分为两个子系统——监测终端子系统和探测节点子系统，这两个子系统各需要一个主控芯片进行数据处理，该系统统一选用TI公司推出的16位超低功耗、具有精简指令集的MSP430F5xx系列单片机，该款单片机的超低功耗的特点对于本设计很重要。在信号调制方面，鉴于低功耗、方便易行的考虑，采用了OOK调制方案。为了实现友好的人机交互，采用了电容式触摸液晶屏，以充分发挥其操作新奇、不易误读、耐用度高的优势。无线通信是基于AD公司的高性能DDS芯片——AD98

4、54，与四双向模拟开关IC——CD4066，由MSP430单片机进行控制。最后确定通信协议方案，设计思想是由终端发出一个同步传输的信号，节点接收并与自己的“身份”进行校对，验证完毕后，探测节点将检测到的环境信息以数据帧的形式向监测终端发送。通过相关的选择与设计，整个系统的结构设计如图1所示。2系统的硬件设计2.1无线通信模块7该系统设计主要包括监测终端信息处理和探测节点信息采集，两者之间信息的交互采用无线通信的方式。该无线通信模块使得探测节点将环境信息以数据帧的形式传送给监测终端，以便将其显示在触摸液晶屏上，同时也可以使监测终端对

5、探测节点进行身份校验。无线通信模块的载波信号由基于DDS数字频率载波的AD9854芯片产生，其输出频率范围为0-120MHz，综合各方面因素，只需使其产生稳定的30MHz正弦波信号即可。此载波信号进入四双向模拟开关CD4066，再通过天线发射出去。该模拟开关可作为模拟或数字信号的多路传输，待传输的模拟信号的上限频率应为40MHz，各开关间的串扰很小，典型值为-50dB。2.2环境检测模块为满足环境监测系统实时、便捷、高性价比的要求，应充分利用目前发展较为成熟的传感器技术。对于SO2浓度的检测，本系统采用3SF7CiTicel传感器

6、，它是一种新型的定电位电解化学气体传感器，通过氧化或还原反应将浓度转化为电信号，通过检测电信号的大小得到相应气体的浓度。而对于灰尘粉尘的检测采用DSM501传感器，它的特点是采用粒子计数原理，PWM脉宽调制输出，便于进行数字信号处理。温湿度的检测采用SHT15传感器，SHT15是基于CMOSens技术的单片全校准数字式温湿度传感器，具有高精度、高集成度、反应迅速、低功耗等特点。检测太阳光紫外线强度总量用到UVM-30传感器模块，它响应极快、全互换性好，实现了测量紫外线指数（UVI）的高可靠性和精确性。对于风速的检测，本系统采用WS

7、-01传感器。WS-01风速传感器采用传统三风杯结构，风杯选用碳纤维材料，强度高，启动好；精密信号处理单元可根据场合需要输出各种信号。2.3人机交互模块该系统中人机交互模块包括微控制器部分（MSP430F5xx单片机）、触摸显示部分（触摸液晶屏）、上限报警部分。MSP430F5xx作为人机交互模块的主控芯片，与触摸液晶显示子模块、上限报警子模块连接，负责实现触摸液晶屏的读入与显示、上限报警功能。当MSP430F5xx接收到来自探测节点的环境信息时，对其进行数据处理后，驱动触摸液晶屏进行相应的字符及图形显示操作，同时当用户完成相应的

8、菜单选择后，也可以接收到相应的触摸信号，对需要显示的信息以及是否开启上限报警功能进行切换。3系统的软件设计本系统采用层次化、模块化结构设计，主要包括基于MSP430F5xx的无线收发模块子程序、环境参数采集模块子程序、触摸液晶屏硬件驱动模块子程序以