基于MSP430F1611的无线传感器网络节点的设计

技术分类: 嵌入式系统  | 2007-06-13
来源:电子技术应用 王戈 卢伍根 张效义

         2.1.2 可见光与红外光数据的采集

        本节点的设计除了能够对外界环境中的温湿度数据进行精确采集外,还可以通过光传感器S1087和S1087-0l[4]来采集可见光数据和红外光数据。该光传感器是一种陶瓷包装的光电测量计,它的测量输出为标准电流信号,陶瓷封装可用于光密封,因此背光和侧光不能到达测量活动区,从而可以得

到可靠的可见光和红外光范围的光信号测量。

        从传感器输出的是标准电流信号,由于A/D转换基准为电压,所以ADCl2转换的是电压。因此采集电路通过100kΩ负载电阻将传感器输出的电流信号转换为电压信号后送入MSP430F1611的片内ADCl2模块进行转换,ADCl2转换输出的最大值为4095。

        在进行光强值计算时,通过读取处理器转换存储寄存器值可以得到转换结果,由(1)式计算出电压Vin,进而得到电流值。再根据S1087/S1087-01的输出特性曲线得到光强值。图3给出了实际光信号与传感器输出电流信号的关系曲线。

        其中:VR+为参考电源正端,VR-为参考电源负端,Vin为ADCl2转换得到的电压值,NADC为处理器转换存储寄存器值。

        模拟量采集部分具有一定的通用性,只要连接不同类型的传感器就可以采集不同信号源的数据。

关系式

实际光信号与传感器输出电流信号的关系曲线

        2.2 数据处理模块

        数据处理模块是传感器网络节点的核心部分,一方面接收来自传感器的测量数据,按要求对数据进行处理和计算等,交给通信模块发送;另一方面读取通信模块送入的数据信息,对硬件平台其它模块的操作进行控制。

        本节点选用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F161l[5]。该单片机电源采用1.8V~3.6V的低电压,RAM数据保持方式下耗电仅为0.1μA,可以在低电压下以超低功耗状态工作。其中48KB Flash存储器可以支持在线编程和仿真,并具有较强的处理能力和丰富的片内外设,具体如下:

        看门狗可以在程序失控时迅速复位;16位定时器(Timer_A和Timer_B)具有捕获/比较功能;大量的捕获/比较寄存器可以用于事件计数、时序发生等;多功能串口(USART)可以实现异步、同步和I2C串行通信,可以方便地实现多机通信的应用;具有较多的I/O端口,最多达6x8条I/O口线,Pl、P2端口还可以接收外部上升沿或下降沿的中断输入;12位A/D转换器有较高的转换速率,最高可达200kbps,能够满足大多数数据采集的应用。

        单片机的接口电路非常简单,通过片内的A/D通道实现模拟量的采集。通过片内的A/D转换部分不仅可以降低系统设计的复杂性,而且还可以提高系统的可靠性,避免接口的复杂性,同时还可以减小PCB板的面积;设计中采用一般I/O口实现数字量的采集电路接口;其中串口通信通过单片机内的UART。

        实现;在单片机的时钟设计上,考虑到通信速率的要求,MSP430F1611单片机采用一个4MHz的时钟信号,该系统的时钟部分均采用晶体振荡器实现;考虑到电源的输入纹波对单片机的影响,在电源的管脚增加一个O.1μF的电容来实现滤波,以减小输入端受到的干扰。

        在网络中,节点需要处理的信息和数据大致可分为四类:管理控制信息、网内组网交互信息、需转发的数据和采集的数据。它们在节点中的处理流程如图4所示。

处理流程

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