文/陳官

1 概述

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，環(huán)境數(shù)據(jù)的傳感檢測(cè)、無線傳輸?shù)瘸蔀橛绊戅r(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。綜合考慮工況，在原基于CC2530 的ZigBee 無線數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以MSP430 單片機(jī)為環(huán)境數(shù)據(jù)采集層，以CC2530 為無線傳輸層的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度、光照度等環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測(cè)，融合了MSP430 單片機(jī)超低功耗、高處理能力和CC2530 無線自組網(wǎng)的性能優(yōu)勢(shì)，從而確保系統(tǒng)的功能完善、運(yùn)行可靠。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、無線傳輸模塊、電源模塊和顯示模塊組成。系統(tǒng)組成示意圖如圖1。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 傳感器模塊

設(shè)施環(huán)境中的溫度、濕度和光照等數(shù)據(jù)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(shù)字量傳感器，具有靈敏度更高、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高、傳輸速度快的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 數(shù)據(jù)采集傳輸模塊

本設(shè)計(jì)采用低功耗芯片MSP430F149 和CC2530 為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集傳輸模塊，MSP430F149 是16 位超低功耗的混合信號(hào)處理器，集成了多路模/數(shù)電路和微處理器，I/O端口多，處理能力強(qiáng)。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(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，并傳輸給CC2530 路由節(jié)點(diǎn)，由ZigBee 協(xié)調(diào)器接收各個(gè)路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，向上位機(jī)傳輸，完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、發(fā)送、監(jiān)測(cè)功能。

3.3 電源模塊

本系統(tǒng)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(guān)集成穩(wěn)壓器將12V 開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換成3.3V 電壓。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)

溫濕度、光照度傳感器和MSP430 采集器均遵循I2C 總線通訊協(xié)議，采用C 語言編程實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度和光照度數(shù)據(jù)的讀取、存儲(chǔ)、發(fā)送等處理工作。MSP430F149 單片機(jī)首先對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘和串口進(jìn)行初始化，開啟總中斷和串口，開始循環(huán)，當(dāng)遇到中斷，進(jìn)入中斷子程序，依次讀取傳感器數(shù)據(jù)，存入指定寄存器，經(jīng)串口USART0 傳送給CC2530 模塊。采集器采用標(biāo)準(zhǔn)ModbusRTU 協(xié)議與上位機(jī)通訊，通過RS232 接口與顯示屏通訊。

4.2 ZigBee通訊設(shè)計(jì)

基于CC2530 的ZigBee 無線通訊可通過IAR Embedded Workbench 軟件開發(fā)環(huán)境進(jìn)行Z-Stack-CC2530 的ZigBee 協(xié)議棧程序設(shè)計(jì)，利用ZigBee Module Configure V51 軟件進(jìn)行串口參數(shù)、設(shè)備地址、設(shè)備類型的組網(wǎng)配置，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)的自組網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的無線傳輸與發(fā)送。

5 結(jié)束語

設(shè)計(jì)的基于MSP430 單片機(jī)和CC2350 的環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，發(fā)揮了MSP430 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算能力，豐富的接口利于監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的拓展，改善了無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的局限性。適用于設(shè)施農(nóng)業(yè)中的溫濕度、光照等環(huán)境參數(shù)的采集、顯示與調(diào)控，可作為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知層的可靠應(yīng)用，服務(wù)于設(shè)施農(nóng)業(yè)的規(guī)模化、工廠化、集約化生產(chǎn)需要。

圖1：系統(tǒng)組成示意圖