摘要: 為了提高環(huán)境參數(shù)采集的自動(dòng)化水平, 提升效率, 設(shè)計(jì)了無(wú)線傳感器系統(tǒng)。本系統(tǒng)運(yùn)用了傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和單片機(jī)技術(shù), 實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫度、濕度、光照度以及可燃性氣體濃度等參數(shù)的檢測(cè)。它能夠?qū)崟r(shí)地與上位機(jī)進(jìn)行無(wú)線通信, 滿(mǎn)足對(duì)環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。

　　關(guān)鍵字: msp430f149; 溫度; 濕度; 光照強(qiáng)度

　　傳感器技術(shù)與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成的智能傳感器以其較高的精度、良好的可靠性、功能的多樣性等特點(diǎn)在過(guò)程控制以及信號(hào)監(jiān)測(cè)中得到人們的關(guān)注, 已成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外研究的一大熱點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了一種用于對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器系統(tǒng), 在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)Νh(huán)境參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量并可靠傳輸, 體現(xiàn)了傳感器系統(tǒng)數(shù)字化、智能化、無(wú)線化的優(yōu)點(diǎn)。

　　該系統(tǒng)以msp430f149 超低功耗微控制器為核心, 配置新式的微型低功耗傳感器, 可實(shí)時(shí)地對(duì)所測(cè)環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、有害氣體濃度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量處理。采用電池供電,無(wú)線傳輸, 避免了布線的煩瑣, 而且具有良好的便攜性。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)傳感器系統(tǒng)包括微處理器模塊( 16 位單片機(jī)msp430f149、日歷時(shí)鐘芯片、復(fù)位電路及外圍電路) 、傳感器測(cè)量模塊( 溫濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、半導(dǎo)體型可燃?xì)怏w敏感元件mq306a) 、存儲(chǔ)器模塊( flash 存儲(chǔ)器sst25vf020) 、數(shù)據(jù)通信模塊( 串口通信、無(wú)線通信) 、電源模塊( lt1962ems83.3、lt1761es5- 5、ltc3459es6) , 系統(tǒng)框圖如圖1。

　　msp430f149 是ti 公司生產(chǎn)的一款超低功耗單片機(jī), 能夠在1.8 v～3.6 v 電壓、1 mhz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行, 具有5 種節(jié)電模式, 耗電流為0.1μa～400μa, 能夠在數(shù)據(jù)檢測(cè)時(shí)充分節(jié)電, 滿(mǎn)足電池供電下的節(jié)能要求; 具有強(qiáng)大的處理能力(risc 結(jié)構(gòu)、8mhz 晶體、驅(qū)動(dòng)指令周期125 ns) 和豐富的片內(nèi)外設(shè)( 60 kb+256b flash、2 kb ram、12 位a/d 轉(zhuǎn)換,2 個(gè)串口/spi 接口, 48 個(gè)i/o 口等) 。

　　pcf8563 是philips公司推出的一款工業(yè)級(jí)具有i²c 總線接口的低功耗多功能時(shí)鐘/日歷芯片。pcf8563 的多種報(bào)警功能、定時(shí)器功能、時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出功能可完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù), 甚至可為單片機(jī)提供看門(mén)狗功能。該器件的內(nèi)部時(shí)鐘電路、振蕩電路、低電壓檢測(cè)電路( 1.0 v) 以及兩線制i²c 總線通訊方式不但使外圍電路更加簡(jiǎn)潔, 而且增加了芯片的可靠性。而且,每次讀寫(xiě)數(shù)據(jù)后, 內(nèi)嵌的字地址寄存器自動(dòng)產(chǎn)生增量。其連接電路如圖2。

傳感器測(cè)量模塊

光照強(qiáng)度傳感器

　　該系統(tǒng)選用了ti 公司的tsl230b 來(lái)測(cè)量環(huán)境周?chē)墓饩�強(qiáng)度。該器件采用先進(jìn)的lincmos^tm 工藝, 主要由多晶硅光電二極管和單片cmos 電流頻率集成轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。不需外接元件即可完成高分辨率的光照度/頻率轉(zhuǎn)換�？蓪⒁欢ü庾V的光轉(zhuǎn)換成電流, 再由電流/頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖頻率。輸出方波或者三角波的頻率完全由光照幅度決定, 分辨率高, 可以直接與微處理器相連, 如圖3所示。s0、s1 為靈敏度控制端, 實(shí)際上是通過(guò)改變器件上方的感光面積來(lái)調(diào)整靈敏度; s2、s3 為滿(mǎn)量程選擇端; out 為頻率信號(hào)輸出端, 進(jìn)入單片機(jī)的捕獲輸入, 通過(guò)計(jì)算兩次捕獲時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器的數(shù)值差, 便可以計(jì)算出輸出頻率值, 根據(jù)圖4 所示的頻率- 能量關(guān)系曲線圖對(duì)照, 從而得到光線強(qiáng)度( 單位: μw/cm²) 。

溫度濕度傳感器

　　溫度、濕度的測(cè)量采用瑞士sensirion 公司研制的sht11 型智能化濕度/溫度傳感器, 它采用cmosens 專(zhuān)利技術(shù)(cmos 和傳感器技術(shù)的融合) ,外形尺寸僅為7.5 mm×5 mm×2.5 mm。sht11 具有i²c 總線接口, 接口電路簡(jiǎn)單, 并具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、一致性好的特點(diǎn)。

　　sht11 內(nèi)部主要包括相對(duì)濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、a/d 轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)存儲(chǔ)器( e²prom) 、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram) 、狀態(tài)寄存器、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(crc) 寄存器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測(cè)電路; 可給出全校準(zhǔn)相對(duì)濕度及溫度值輸出; 具有露點(diǎn)值計(jì)算輸出功能; 濕度值輸出分辨率為14 位, 溫度值輸出分辨率為12 位, 并可編程為12 位和8 位; 具有數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)功能。此傳感器具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn), 其工作原理如圖5 所