采用MSP430的無源無線室內(nèi)溫度傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　摘要：無源、無線是構(gòu)建綠色節(jié)能建筑，實(shí)施綠色節(jié)能改造工程的重要技術(shù)手段。無源無線樓控系統(tǒng)的使用將大量減少線纜布設(shè)、金屬使用、電池更換、污染物排放所帶來的建筑開銷。本設(shè)計(jì)采用最新的能量收集技術(shù)，能夠充分利用日常生活中室內(nèi)的光線能量，實(shí)現(xiàn)溫度無線數(shù)據(jù)采集傳輸，配合風(fēng)機(jī)盤管溫控器實(shí)現(xiàn)智能建筑室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的功能。

　　引言

　　現(xiàn)代樓宇自控領(lǐng)域采用樓宇能源管理系統(tǒng)以達(dá)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(tǒng)能源的消耗，還包括線纜的鋪設(shè)、電池更換等設(shè)備維護(hù)帶來的開銷，建筑物的大量開銷每年帶來的高額費(fèi)用是國(guó)家、企業(yè)的大包袱。因此綠色節(jié)能建筑工程的改造實(shí)施迫在眉睫。

　　無源無線傳感器是無源無線樓控產(chǎn)品的基本構(gòu)成單元，它的成功運(yùn)用得益于不斷發(fā)展并成熟的能量收集技術(shù)，使我們能夠充分利用日常生活中室內(nèi)的光線能量，人體活動(dòng)的機(jī)械能量等為我們的樓宇自控服務(wù)，實(shí)現(xiàn)無線控制的目的。產(chǎn)品的使用減少了布線設(shè)計(jì)、鋪設(shè)線纜等工作，使系統(tǒng)安裝的費(fèi)用也大大降低。

　　總體方案設(shè)計(jì)

　　要成功地設(shè)計(jì)完整的獨(dú)立型無線傳感器系統(tǒng)，必須滿足如下條件：(1)能夠以最低待機(jī)電流工作，從而最大程度地提高能源存儲(chǔ)效率;(2)工作時(shí)消耗最低電能;(3)能夠瞬間開啟和關(guān)閉;(4)可在工作模式和待機(jī)模式的最低占空比下高效工作;(5)具有傳感器連接和測(cè)量的模擬功能;(6)能夠在低電壓范圍內(nèi)工作;(7)最低漏電流可最大程度地提高能源收集效率。

　　根據(jù)目標(biāo)要求，在設(shè)計(jì)時(shí)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(chǔ)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(gè)設(shè)計(jì)在關(guān)斷時(shí)能量消耗很小，根據(jù)實(shí)際情況室內(nèi)溫度變化比較緩慢，把采集溫度數(shù)據(jù)和傳輸分時(shí)操作，本設(shè)計(jì)能夠滿足無源溫度采集和傳輸要求。

　　硬件電路設(shè)計(jì)

　　能量采集電路

　　LTC3588-1通過從周圍環(huán)境收集環(huán)境光線能量而使遠(yuǎn)程傳感器能夠不依靠電池來運(yùn)作。該器件包含了所有關(guān)鍵的電源管理功能：一個(gè)低損耗橋式整流器、一個(gè)高效率降壓型穩(wěn)壓器、一個(gè)負(fù)責(zé)接通和關(guān)斷降壓型轉(zhuǎn)換器的低偏置UVL0檢測(cè)器、以及一個(gè)用于在電源可用時(shí)喚醒微控制器的PGOOD狀態(tài)信號(hào)，LTC3588-1僅利用5個(gè)外部組件即可支持高達(dá)l00mA的負(fù)載。

　　無線傳輸電路

　　CC1100的主要操作參數(shù)和64位傳輸/接收FIFO(先進(jìn)先出堆棧)可通過SPI接口和MSP430F2274進(jìn)行連接。工作在433MHz免費(fèi)ISM頻段免許可證使用。基于FSK的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯(cuò)和信道交織編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗隨機(jī)干擾和突發(fā)干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率10-5~10-6。傳輸距離遠(yuǎn)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(dá)300m(BER=10-3/1200bps)。

　　溫度采集電路

　　MCP9800系列溫度傳感器由一個(gè)帶隙型溫度傳感器，一個(gè)Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，幾個(gè)用戶可編程寄存器和一個(gè)雙線I2C/SMBus協(xié)議兼容的串行接口組成。工作電流：200μA(典型值)關(guān)斷電流：1μA(最大值)，本設(shè)計(jì)工作在省電的單次(One-shot)溫度測(cè)量模式。