采用MSP430的無源無線室內溫度傳感節點設計

摘要：無源、無線是構建綠色節能建筑，實施綠色節能改造工程的重要技術手段。無源無線樓控系統的使用將大量減少線纜布設、金屬使用、電池更換、污染物排放所帶來的建筑開銷。本設計采用最新的能量收集技術，能夠充分利用日常生活中室內的光線能量，實現溫度無線數據采集傳輸，配合風機盤管溫控器實現智能建筑室內溫度調節的功能。

關鍵詞：能量收集；LTC3588-1；MSP430F2274

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.008

引言

現代樓宇自控領域采用樓宇能源管理系統以達到降低建筑能耗的目的，然而建筑的開銷不僅僅局限于水、電、熱等傳統能源的消耗，還包括線纜的鋪設、電池更換等設備維護帶來的開銷，建筑物的大量開銷每年帶來的高額費用是國家、企業的大包袱。因此綠色節能建筑工程的改造實施迫在眉睫。

無源無線傳感器是無源無線樓控產品的基本構成單元，它的成功運用得益于不斷發展并成熟的能量收集技術，使我們能夠充分利用日常生活中室內的光線能量，人體活動的機械能量等為我們的樓宇自控服務，實現無線控制的目的。產品的使用減少了布線設計、鋪設線纜等工作，使系統安裝的費用也大大降低。

總體方案設計

要成功地設計完整的獨立型無線傳感器系統，必須滿足如下條件：

（1）能夠以最低待機電流工作，從而最大程度地提高能源存儲效率；

（2）工作時消耗最低電能；（3）能夠瞬間開啟和關閉；（4）可在工作模式和待機模式的最低占空比下高效工作；（5）具有傳感器連接和測量的模擬功能；（6）能夠在低電壓范圍內工作；（7）最低漏電流可最大程度地提高能源收集效率。

根據目標要求，在設計時我們采用MSP430超低功耗型微控制器作為主控芯片[1]，能量收集采用LTC3588-1[2]，把太陽感光板的電能變化存儲作為能源，溫度傳感器采用低功耗的MCP9800[3]，無線傳輸芯片采用CC1100[4]，整個設計在關斷時能量消耗很小，根據實際情況室內溫度變化比較緩慢，把采集溫度數據和傳輸分時操作，本設計能夠滿足無源溫度采集和傳輸要求。

硬件電路設計

能量采集電路

LTC3588-1通過從周圍環境收集環境光線能量而使遠程傳感器能夠不依靠電池來運作。該器件包含了所有關鍵的電源管理功能：一個低損耗橋式整流器、一個高效率降壓型穩壓器、一個負責接通和關斷降壓型轉換器的低偏置UVL0檢測器、以及一個用于在電源可用時喚醒微控制器的PGOOD狀態信號，LTC3588-1僅利用5個外部組件即可支持高達l00mA的負載。

無線傳輸電路

CC1100的主要操作參數和64位傳輸/接收FIFO（先進先出堆棧）可通過SPI接口和MSP430F2274進行連接。工作在433MHz免費ISM頻段免許可證使用。基于FSK的調制方式，采用高效前向糾錯和信道交織編碼技術，提高了數據抗隨機干擾和突發干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時，可得到實際誤碼率10-5~10-6。傳輸距離遠在直線可視情況下，天線放置高度位置>2米，9600bps可靠傳輸距離大于200m（BER=10-3/9600bps)；1200bps傳輸距離可達300m（BER=10-3/1200bps）。

溫度采集電路

M C P 9 8 0 0系列溫度傳感器由一個帶隙型溫度傳感器，一個Σ-Δ模數轉換器（ADC），幾個用戶可編程寄存器和一個雙線I2C/SMBus協議兼容的串行接口組成。工作電流：200μA（典型值）關斷電流：1μA（最大值），本設計工作在省電的單次（One-shot）溫度測量模式。

軟件設計

在軟件設計方面采用I A R Workbench V4.0為集成開發環境[5]，軟件開發流程圖如圖6所示。

結束語

基于MSP430的無源無線室內溫度傳感節點設計，具有體積小，工作可靠，安裝方便靈活，可以安裝在玻璃墻上。采用無線傳輸方式，節省了布線成本，采用無源方式，對比其他采用電池工作的方案，節省了電池的物料成本和更換的人力成本。配合風機盤管溫控器進行屋內溫度調節，實現綠色建筑節能。

參考文獻：

[1] MSP430F2274 Datasheet[Z].Texas Instruments，2012

[2] LTC3588-1 Datasheet[Z].Linear Technology

[3] MCP9800 Datasheet[Z].Microchip Technology Inc.，2011

[4] CC1100 Datasheet[Z].Texas Instruments，2009

[5] IAR Embedded Workbench For TI MSP430[Z]