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太阳能收集项目为2.4GHz通知的远程MSP430供电

最简单的是,能量采集是能量采取一种形式的能量,并将其转化为电能,可以储存在电池或超级电容器(也被称为“超级杯”或“超级杯”)。太阳能应用范围从高压屋顶光伏到用于远程低功率应用的小型太阳能装置。太阳能作为大规模应用的石油替代品备受关注,但太阳能可以小规模收获,为远程安装提供自给自足的能源。太阳能电池板在白天充电,远程监控单元可能会传输信号,甚至在本地记录数据。各种能量收集设备用于为许多低能耗应用供电,包括移动设备电池充电器,可穿戴电子设备和远程传感器网络。该MSP430微控制器是一种理想的远程使用的MCU,因为它是令人难以置信的功率效率。
太阳能收集项目为具有2.4GHz通知的远程MSP430供电图1
图1:视觉形式的材料清单
为了突出在远程应用中使用太阳能,我们将使用德州仪器TI)MSP430微控制器,您可能会想要自己做一个无线应用。具体来说,我们要测试一个能量收集(EH)平台为远程邮箱投递通知系统供电。邮箱是用于缺乏实际的专业要求,但相同的设置可用于远程传输完成的行动。一旦掌握了微控制器的电路设计和编程的基本知识,您可能需要开始探索不同的微控制器架构和平台,以了解可能性。芯片制造商出售开发板或套件作为工程师快速开发和测试应用程序的一种方式,而无需先构建定制电路板的麻烦。虽然设计工程师经常使用它们,制造商会发现这些“装备” 成为进入电子设计池深处的绝佳机会。
世界上有许多微控制器平台,有些可能比古老的Arduino更适合某些应用。在这里,我们介绍一个项目,使用非常流行,功耗极低的德州仪器(TI)MSP430微控制器,您可能会想要自己制作一个应用程序。在这里,能量收集(EH)太阳能平台为远程通知系统提供动力。www.mouser.com/applications/solar-energy-arvesting/上提供了完整的说明,材料清单,项目链接中的预选产品,源代码等等。

项目概述:MSP430 LaunchPad通过太阳能电池板供电

虽然这个设置可以用于任何类似的远程通知,我们检测邮件何时发送,并告诉电脑在室内。计算机随后驱动一个伺服电机,当邮件发送时,在状态改变时移动物理指示器。
太阳能收集项目为具有2.4GHz通知的远程MSP430供电图2
图2:整个设置,如有线。
该项目由两个模块组成:第一个是户外太阳能电池板,为MSP430,RF收发器和安装在邮箱内的简单环境光检测电路供电。第二个模块(室内)连接到一个USB调试器,一个运行草图(程序)的计算机和MSP430 LaunchPad开发板,驱动一个伺服电机,在状态改变时物理地移动一个指示器臂。
包含项目所有电子部件(BOM内容)的项目链接位于: 

www.mouser.com/ProjectManager/ProjectDetail.aspx?AccessID=5da7159fe5

点击链接可在mouser.com上为您提供购物车BOM中的所有部分,数量和价格。从mouser.com的购物车内创建的项目链接非常适合共享项目,并确信这些部分是正确的,不需要收件人的搜索和搜索。

物料清单(BOM)如下:

数量 Mouser PN 描述 位置
1 595-EZ430-RF2500-SEH TI采用太阳能电池板(2.25 x 2.25英寸)的太阳能收集模块,MSP430 MCU,两个无线目标板以及USB应用反向通道 远程
1 595-LP2950-33LPRE3 TI - 3.3V LDO稳压器 远程
1 782-TEPT4400 Vishay环境光传感器 远程
1 71 CCF55221RFKE36 Vishay 220欧姆电阻 远程
1 652-3362P-1-103LF Bourns 10K欧姆修剪锅 远程
4 512 FOD852300 飞兆半导体光电耦合器
1 595-MSP-EXP430FR5969 TI LaunchPad实验器开发套件。
1 563-BB-32620 Bud Industries Boardganizer外壳
1 653-A3DT-500R 欧姆龙瞬时按钮
1 71 CCF0710K0GKE36 Vishay 10K欧姆电阻
1 871-B41041A6104M 爱普科斯0.1uF电容器
1 647-UVR1H100MDD1TA Nichicon 10 uF电容
1 782-T010051 Arduino舵机模块
1 517-9611256404AR 3M头部引脚 - 2.54mm间距
1 563-BB-32621 Bud Industries SOLDERLESS BREAD Board3.2â€?x2.08â€?x 0.33“
2 932-MIKROE-511 女到女性跳线
2 932-MIKROE-513 男性到男性跳线

远程采集(户外)组件

在户外,我们正在使用eZ430-RF2500-SEH太阳能收集开发工具。从产品公告中,我们知道以下几点:
eZ430-RF2500-SEH太阳能收集模块包括一个高效Cymbet太阳能电池板,也可以在室内低强度荧光灯下运行,以提供足够的电力来运行无线传感器应用,无需额外的电池。该套件还具有外部能量收集器的输入,并将额外的能量储存在一对Cymbet EnerChip薄膜充电电池中,看起来像大型IC芯片。
所述EZ430-RF2500是一个试剂盒中的试剂盒; 也就是说,它包含在eZ430-RF2500-SEH Solar EH套件中,用于运行远程能量采集应用,我们在太阳能电池板外部安装。所包含的eZ430-RF2500是一个完整的基于USB的无线开发工具,基于MSP430 MCU(特别是MSP430F22x4系列的成员,其中“x”是一个可能有所不同的数字)。一个调试接口,可以实现对MSP430的实时在系统调试和编程,也是从无线系统向PC传输数据的接口。虽然我们不在这个项目中使用这个功能,但是可以集成一个外部传感器来收集额外的数据。eZ430-RF2500工具包包括:
  • 一个USB供电的仿真器,用于在系统中编程和调试应用程序
  • 两个带MSP430F超低功耗MCU的2.4GHz无线目标板
  • 电池扩展板和AAA电池
  • 1个按钮
  • 2个LED
  • 所述EZ430-RF2500T无线目标板
  • 集成TI CC2500 -一款2.4 GHz ISM频段多通道低功耗收发器
  • 可移动的USB棒外壳
  • 示例无线传感器网络项目测量温度,电压和信号强度
  • 包括IAR Kickstart和Code Compose Essentials核心版,其中包括汇编器,链接器,源代码级调试器和有限的C编译器
  • 完整的CD-ROM文档

“—SEHâ€?套件集成了许多我们必须从头设计的功能,包括太阳能电池板,一对薄膜可充电电池,保护电路,TI MSP430F2274 MCU和CC2500 2.4-GHz无线收发器。我们还需要设计一个简单的分压器电路来与环境光线传感器配合使用。由于我们只是想检测邮箱内是否有光线,分压器就足够了。如果您希望获得更高的分辨率,则有更复杂的电路将环境光传感器用作一种NPN晶体管(基极对光敏感,并调节发射极以收集电流),但这也是另一个话题。
我们将在串联使用小220欧姆电阻器与一个10K欧姆的电位为一半分压器和环境光传感器的另一半。一旦安装了电位器,我们就可以手动调节环境光线传感器的灵敏度,而无需在改变位置或自然光照条件改变的情况下重写固件。我们需要对“远程节点”做一个额外的修改 MSP430板(管理太阳能采集的外部板)是焊接两排插头引脚,以便于访问微控制器引脚,并且如果我们在未来的项目中使用这些板,可以轻松地重新连线。
太阳能收集项目为2.4GHz通知的远程MSP430供电图3
图3:带有可调节电位器的环境光线传感器的户外邮箱电路以及德州仪器的MSP430FR5969。
太阳能EH开发板提供的控制电路允许太阳能电池板在阳光足够亮的情况下为MSP430微控制器供电。该Cymbet的TI太阳能套件中的EnerChip电池具有极低的自放电率,使其成为EH应用的理想选择。一旦太阳光下降到足够的水平,太阳能电池板套件将自动从EnerChip电池开始为MSP430供电。这是一个非常方便的集成功能,并且在电池耗尽之前将为大约400个RF通信脉冲串提供足够的能量。通过调整通信脉冲之间的时间间隔,可以在没有足够的阳光的情况下从该板上获得相当多的用途。这在许多遥感应用中是非常重要的。
对使用其他微控制器平台的工程师来说,对MSP430进行编程相当简单。位于室内的MCU,LaunchPad开发套件(MSP-EXP430FR5969)带有一个包含源代码和应用程​​序的CD。但是,您可以确保安装称为Code Composer Studio(本文版本为6.0.1 )的TI集成开发环境(IDE)的最新版本,并通过访问www使用最新的固件.ti.com。对于其他来自相对简单的IDE(例如官方Arduino IDE)的用户,不要让更复杂的IDE的所有功能都过分关注您。 eZ430-RF2500附带的教程是写得很好,并会告诉你一切你需要知道的,以调整预加载的固件。要上传新的固件,您将使用随附的USB调试器软件狗。只要记住哪个MSP430是远程节点(太阳能电池板外部的那个节点),哪一个包含集线器固件(在LaunchPad套件内部,控制设置物理标志的伺服电机)。
太阳能收集项目为2.4GHz通知的远程MSP430供电图4
图4:没有硬件的情况下,没有软件可以运行,所以这个电路原理图显示了MSP430 LaunchPad与伺服电机的连接,以及一旦邮件从户外取回,重置物理标志的开关。
我们将对在MSP430远程节点上预装的默认固件进行微调。具体来说,我们正在调整读取电池电压的代码部分,以便读取外部模拟输入引脚(在本例中为模拟引脚A0)上的电压。从前面列出的BOM中回想一下,太阳能套件配备了太阳能电池板,一个MSP430 MCU(“远程节点”)和两个无线eZ430-RF2500T目标板。小eZ430-RF2500T板传输和接收信号,告诉内部MSP430设置邮箱内部已经曝光。
2.4GHz通知的太阳能收集项目为远程MSP430供电图5
图5: eZ430-RF USB调试接口和采用CC2500低功耗2.4 GHz射频收发器的eZ430-RF2500T无线目标板。
eZ430-RF2500T目标板引脚排列显示来自MSP430远程节点的A0被引出到eZ430-RF2500T目标板上的引脚3。这是我们之前焊接插头的外部引脚之一,以方便访问。如果您查看远程节点MSP430模块上安装的默认固件,我们正在更改以下代码行:
太阳能收集项目为2.4GHz通知的远程MSP430供电图6
图6:重新使用RF2500-SEH MSP430板上已经安装的演示代码,使用Code Composer Studio针对远程节点固件对上述代码进行了调整。这通过USB加密狗上传到ez430-RF2500T。
保存更改后,我们现在可以使用USB加密狗硬件作为编程工具,将新节点固件上传到管理太阳能采集面板的远程MSP430(通过邮箱实现面板的物理定位)。然后,只需要连接环境光线传感器(如图3所示)并将MSP430目标板连接到EH板(如图4所示)即可。拆下跳线JP8,让太阳能电池板开始给板子充电。验证MSP430远程节点上的LED是否连接到太阳能电池板(Cymbet)时闪烁。需要注意的一件事是,如果您将项目电源关闭并存放EH Cymbet板,请务必在存储EH板之前更换跳线J8。
此时,如果要永久安装,请确保获得防风雨外壳,并使用热收缩和密封胶(可能类似sugru的东西)密封外壳,并保持外部接线整齐。将设备安装到信箱时,请记住,如果您居住在北半球,则最好将太阳能电池板面向南方,以最大限度地将太阳光照射到一年四季。

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下载


  • Mailbox_CCS_NodeFirmware.txt上传到连接到邮箱的eZ430-RF2500T远程节点板上。已经安装在板上的演示代码被调整了。它是在Code Composer Studio中编译的。
  • Mailbox_Processing_pde.txt在Mac / Windows / Linux PC上运行。写从头开始。它与Processing IDE一起编译。
  • Mailbox_Launchpad_ino.txt在MSP430FR5969 LaunchPad上运行。写从头开始。它是与Energia IDE编译的。

室内设置

邮件投递通知系统的室内部分将需要使用Windows计算机。如果你不能为一个远程项目腾出一台计算机,整个EH项目可以使用微控制器来构建,但是使用计算机可以让你为这个项目创建新的功能,比如运行Python脚本,在状态改变时发送一个电子邮件。
室内部分由前述的Windows计算机组成,该计算机将运行处理草图,该草图将与计算机外部的两个设备连接:
  1. 运行集线器固件的MSP430内部通过USB调试器硬件“dongle”连接到计算机上。
  2. TI LaunchPad实验者开发板控制伺服电机在房子内部抬起一个实际的旗帜。
我们将使用开源处理工具来开发我们的桌面应用程序,名为“草图”。我选择了Processing,因为当你处于原型开发阶段时,很少有开发环境能够处理串行通信并创建一个像处理一样简单的基本用户界面(UI)。
为了更详细地总结室内硬件设置,运行集线器固件的MSP430模块通过USB调试器硬件加密狗连接到计算机。调试器将显示为您计算机上的COM端口。记下哪个COM端口,因为我们稍后将在处理草图中使用该信息。
另一块连接到计算机的硬件是TI LaunchPad实验器开发板。这将使我们能够与一个伺服电机接口,这将引起一个标志,让用户知道邮件已经交付。我们还会附加一个按钮,让用户在外出取回邮件后重置系统(并通过伺服器降低标志)。与所有数字I / O一样,不要忘记包含一个上拉或下拉电阻,以防止浮动输入,从而使您的应用程序不可靠,甚至在最坏的情况下彻底发生故障。
加工草图的伪代码如下:
  1. 从连接到USB调试器的eZ430-RF2500T板的COM端口读取串行数据包。
  2. 解析数据包忽略集线器数据包,只侦听远程节点数据包。
  3. 解析远程节点数据包以查找来自ADC的电压读数。
  4. 如果读取的电压低于4.5V,则假定正在传送邮件。
  5. 发送串行数据包到LaunchPad,让它知道邮件已交付,并提高国旗。
控制伺服的LaunchPad将使用Energia IDE编程,而不是之前使用的Code Composer Studio。此IDE看起来与Processing IDE非常相似,应该使两者之间的转换变得非常简单,并且更容易排除任何通讯错误。固件将等待,直到从计算机收到特定的关键字; 在这种情况下,该标志将是一个值为“MAIL”的字符串。一旦收到关键字,就会将伺服器转动90度,升起旗帜。我们可以使用Energia提供的伺服库通过提取进行脉宽调制占空比计算所需的代码,可以使驱动伺服机构更简单; 它将伺服交互简化为一个简单的函数调用。此外,我们需要一个功能来处理连接到其中一个LaunchPad数字I / O引脚的复位按钮。在这种情况下,该功能将驱动伺服器降低标志,并允许系统再次侦听“MAIL”?国旗进来串口。

结论

在那里有大量的微控制器平台(和软件工具),使用Texas Instrument LaunchPad开发板是开始的好方法。MSP430具有非常低的功耗要求,非常适合功率效率至关重要的能量收集应用。无论你是一个经验丰富的工程师还是一个周末的战士制造者,学习不同的平台是一个非常有价值的技能。在思考解决特定问题的所有可能的解决方案时,接触各种平台可以提供更大的灵活性。在这里,我们针对使用TI MSP430微控制器的远程邮件传送通知系统提出了一种可能的解决方案。你将如何修改它以适应你的需求,或者你会重新设计一个完全不同的应用程序?

(责任编辑:ioter)

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