分析基于MSP430的无源无线室内温度传感节点的问题策略
来源：UC论文网2015-12-15 22:55
摘要：
摘要：无源、无线是构建绿色节能建筑，实施绿色节能改造工程的重要技术手段。无源无线楼控系统的使用将大量减少线缆布设、金属使用、电池更换、污染物排放所带来的建筑开销。
摘要：无源、无线是构建绿色节能建筑，实施绿色节能改造工程的重要技术手段。无源无线楼控系统的使用将大量减少线缆布设、金属使用、电池更换、污染物排放所带来的建筑开销。本设计采用最新的能量收集技术，能够充分利用日常生活中室内的光线能量，实现温度无线数据采集传输，配合风机盘管温控器实现智能建筑室内温度调节的功能。
关键词：能量收集；LTC3588-1；MSP430F2274
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.008
引言
现代楼宇自控领域采用楼宇能源管理系统以达到降低建筑能耗的目的，然而建筑的开销不仅仅局限于水、电、热等传统能源的消耗，还包括线缆的铺设、电池更换等设备维护带来的开销，建筑物的大量开销每年带来的高额费用是国家、企业的大包袱。因此绿色节能建筑工程的改造实施迫在眉睫。
无源无线传感器是无源无线楼控产品的基本构成单元，它的成功运用得益于不断发展并成熟的能量收集技术，使我们能够充分利用日常生活中室内的光线能量，人体活动的机械能量等为我们的楼宇自控服务，实现无线控制的目的。产品的使用减少了布线设计、铺设线缆等工作，使系统安装的费用也大大降低。
总体方案设计
要成功地设计完整的独立型无线传感器系统，必须满足如下条件：
（1）能够以最低待机电流工作，从而最大程度地提高能源存储效率；
（2）工作时消耗最低电能；（3）能够瞬间开启和关闭；（4）可在工作模式和待机模式的最低占空比下高效工作；（5）具有传感器连接和测量的模拟功能；（6）能够在低电压范围内工作；（7）最低漏电流可最大程度地提高能源收集效率。
根据目标要求，在设计时我们采用MSP430超低功耗型微控制器作为主控芯片[1]，能量收集采用LTC3588-1[2]，把太阳感光板的电能变化存储作为能源，温度传感器采用低功耗的MCP9800[3]，无线传输芯片采用CC1100[4]，整个设计在关断时能量消耗很小，根据实际情况室内温度变化比较缓慢，把采集温度数据和传输分时操作，本设计能够满足无源温度采集和传输要求。
硬件电路设计
能量采集电路
LTC3588-1通过从周围环境收集环境光线能量而使远程传感器能够不依靠电池来运作。该器件包含了所有关键的电源管理功能：一个低损耗桥式整流器、一个高效率降压型稳压器、一个负责接通和关断降压型转换器的低偏置UVL0检测器、以及一个用于在电源可用时唤醒微控制器的PGOOD状态信号，LTC3588-1仅利用5个外部组件即可支持高达l00mA的负载。
无线传输电路
CC1100的主要操作参数和64位传输/接收FIFO（先进先出堆栈）可通过SPI接口和MSP430F2274进行连接。工作在433MHz免费ISM频段免许可证使用。基于FSK的调制方式，采用高效前向纠错和信道交织编码技术，提高了数据抗随机干扰和突发干扰的能力，在信道误码率为10-2时，可得到实际误码率10-5~10-6。传输距离远在直线可视情况下，天线放置高度位置>2米，9600bps可靠传输距离大于200m（BER=10-3/9600bps)；1200bps传输距离可达300m（BER=10-3/1200bps）。
温度采集电路
M C P 9 8 0 0系列温度传感器由一个带隙型温度传感器，一个Σ-Δ模数转换器（ADC），几个用户可编程寄存器和一个双线I2C/SMBus协议兼容的串行接口组成。工作电流：200μA（典型值）关断电流：1μA（最大值），本设计工作在省电的单次（One-shot）温度测量模式。
软件设计
在软件设计方面采用I A R Workbench V4.0为集成开发环境[5]，软件开发流程图如图6所示。
结束语
基于MSP430的无源无线室内温度传感节点设计，具有体积小，工作可靠，安装方便灵活，可以安装在玻璃墙上。采用无线传输方式，节省了布线成本，采用无源方式，对比其他采用电池工作的方案，节省了电池的物料成本和更换的人力成本。配合风机盘管温控器进行屋内温度调节，实现绿色建筑节能。
参考文献：
[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]
关键词：能量收集；LTC3588-1；MSP430F2274
DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.008
引言
现代楼宇自控领域采用楼宇能源管理系统以达到降低建筑能耗的目的，然而建筑的开销不仅仅局限于水、电、热等传统能源的消耗，还包括线缆的铺设、电池更换等设备维护带来的开销，建筑物的大量开销每年带来的高额费用是国家、企业的大包袱。因此绿色节能建筑工程的改造实施迫在眉睫。
无源无线传感器是无源无线楼控产品的基本构成单元，它的成功运用得益于不断发展并成熟的能量收集技术，使我们能够充分利用日常生活中室内的光线能量，人体活动的机械能量等为我们的楼宇自控服务，实现无线控制的目的。产品的使用减少了布线设计、铺设线缆等工作，使系统安装的费用也大大降低。
总体方案设计
要成功地设计完整的独立型无线传感器系统，必须满足如下条件：
（1）能够以最低待机电流工作，从而最大程度地提高能源存储效率；
（2）工作时消耗最低电能；（3）能够瞬间开启和关闭；（4）可在工作模式和待机模式的最低占空比下高效工作；（5）具有传感器连接和测量的模拟功能；（6）能够在低电压范围内工作；（7）最低漏电流可最大程度地提高能源收集效率。
根据目标要求，在设计时我们采用MSP430超低功耗型微控制器作为主控芯片[1]，能量收集采用LTC3588-1[2]，把太阳感光板的电能变化存储作为能源，温度传感器采用低功耗的MCP9800[3]，无线传输芯片采用CC1100[4]，整个设计在关断时能量消耗很小，根据实际情况室内温度变化比较缓慢，把采集温度数据和传输分时操作，本设计能够满足无源温度采集和传输要求。
硬件电路设计
能量采集电路
LTC3588-1通过从周围环境收集环境光线能量而使远程传感器能够不依靠电池来运作。该器件包含了所有关键的电源管理功能：一个低损耗桥式整流器、一个高效率降压型稳压器、一个负责接通和关断降压型转换器的低偏置UVL0检测器、以及一个用于在电源可用时唤醒微控制器的PGOOD状态信号，LTC3588-1仅利用5个外部组件即可支持高达l00mA的负载。
无线传输电路
CC1100的主要操作参数和64位传输/接收FIFO（先进先出堆栈）可通过SPI接口和MSP430F2274进行连接。工作在433MHz免费ISM频段免许可证使用。基于FSK的调制方式，采用高效前向纠错和信道交织编码技术，提高了数据抗随机干扰和突发干扰的能力，在信道误码率为10-2时，可得到实际误码率10-5~10-6。传输距离远在直线可视情况下，天线放置高度位置>2米，9600bps可靠传输距离大于200m（BER=10-3/9600bps)；1200bps传输距离可达300m（BER=10-3/1200bps）。
温度采集电路
M C P 9 8 0 0系列温度传感器由一个带隙型温度传感器，一个Σ-Δ模数转换器（ADC），几个用户可编程寄存器和一个双线I2C/SMBus协议兼容的串行接口组成。工作电流：200μA（典型值）关断电流：1μA（最大值），本设计工作在省电的单次（One-shot）温度测量模式。
软件设计
在软件设计方面采用I A R Workbench V4.0为集成开发环境[5]，软件开发流程图如图6所示。
结束语
基于MSP430的无源无线室内温度传感节点设计，具有体积小，工作可靠，安装方便灵活，可以安装在玻璃墙上。采用无线传输方式，节省了布线成本，采用无源方式，对比其他采用电池工作的方案，节省了电池的物料成本和更换的人力成本。配合风机盘管温控器进行屋内温度调节，实现绿色建筑节能。
参考文献：
[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]
