【电路设计】+采用CC430F5137实现环境监测的无线传感器节点

2019-07-25 15:53发布

本帖最后由 lark100 于 2014-12-16 23:10 编辑

为满足实验室环境及设备振动监测的应用需求，设计了一种简单的集成多传感器的无线发射装置，实现对环境温湿度、气压和设备振动状态多个参数进行监测。该系统以CC430F5137嵌入式系统为核心，具有较强的数据处理能力，实时性好，稳定性高；在单一传感器节点中集成温湿度传感器、气压传感器和加速计采集多个参数的数据，实现对环境参数和设备状态的监测；通过TI公司推出的针对简单网络专用的短距离RF通信方案SimpliciTI技术组建无线网络，使节点具备数量大、部署灵活等特点；通过在监测环境中多个设备上安装传感器节点，不仅能够对实验室环境和设备的振动进行监测，还能够实现对区域环境的多点监测。
系统总体示意图.JPG

无线传感器节点主要部分有传感器单元，由传感器及其信号调理电路组成；数据处理单元，由嵌入式处理器、数据存储器等组成；通信单元，主要包括无线通信芯片；供电单元，包括电池和电压转换电路等。

无线传感器节点系统框图.JPG

传感器单元主要包括温湿度传感器 SHT11、气压传感器 MPX4115A和加速度计 ADXL345组成。SHT11 是一款高度集成的数字温湿度传感器芯片，具有 8/12/14 位可调节测量分辨率、CRC 传输校验功能。芯片内集成了温、湿度传感模块、信号放大电路、14 位 A/D 转换器和 I2C 串行接口。该传感器能支持低功耗模式，工作时平均电流在 30uA 左右，在采集完数据以后能够自动转入休眠模式，电流可低至 0.3uA。

气压传感器 MPX4115A是模拟电压输出的集成硅压力传感器，用于气压计或高度计中的气压测量。芯片输出电压正比于被测绝对气压大小，在 0~85℃最大偏差为 1.5%，灵敏度能够达到 46mV/KPa。

ADXL345是一种集成三轴数字MEMS 加速度计，测量物体的振动或运动加速度，还具有敲击检测和自由落体检测等功能。芯片具有 40~145μA 的超低的功耗，待机模式只有 0.1μA；13 位高分辨率；采用±2g量程，精度达到了 3.9mg/LSB；通过SPI接口或 I2C 接口与其他设备进行通信，集成 32 级 FIFO 缓存器，用来缓冲传感器采集的数据，灵活的中断方式等特性。

数据处理单元选用CC430F5137是 TI 公司生产的专为小型无线网络设计的片上系统（SOC）芯片，集成了CC1101 低功耗多通道无线射频内核。芯片功耗低，片上资源丰富，集成了32K的片上Flash，4K的SRAM，5个定时器，4通道12为ADC，2个USCI 接口和30个GPIO。外围电路简单，使用灵活，扩展方便。基于 CC1101 的无线射频模块 RF1A 具有1GHz频带范围，高灵敏度（1.2kBaud，868MHz，1%误包率条件下为-110dBm），卓越的接收机选择性和阻塞性能，支持2-FSK，2-GFSK，MSK，OOK 以及灵活的 ASK 波形整形，提供对数据包导向系统的灵活支持等。

无线传感器节点软件主要负责采集各传感器监测的现场数据，包括初始化、信息采集、实时时钟（RTC）程序和射频收发程序等若干子程序，其功能是在满足触发条件时进行一次数据采集，然后将所采集数据通过SimpliciTI 协议发送给系统监测中心。传感器节点的工作流程为：先进行系统硬件初始化和无线通信协议初始化，然后进入主循环，依次采集温度、湿度、气压、振动等数据，若出现数据超出设定值，实时与上级节点通信，发送报警信息；否则，将按照设定的时序发送监测信息。具体软件实现方法很多，在此不详细列出。
实物图.JPG