無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)模塊化的接口電路設計

摘要：為了完成測試任務(wù)，傳感器節點(diǎn)采用模塊化設計。為了實(shí)現各模塊間方便、快速地通信，依據可編程邏輯器件CPLD編程靈活，在部分功能模塊內擴展了專(zhuān)用SPI接口電路。試驗證明：接口電路工作穩定、模塊間可快速便捷通信、系統擴展性強，系統整體性能提高。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；模塊化設計；CPLD；SPI

0 引言
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是由大量傳感器節點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信自組織構成的網(wǎng)絡(luò )，被認為是將對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。在分布式測試中使用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，不受通信電纜的限制、組態(tài)靈活、重構性強，可以在較惡劣的測試環(huán)境中使用。由無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )組成的分布式測試系統已應用于水中爆炸測試系統。在一些分布場(chǎng)測試系統中，被測量種類(lèi)繁雜，為完成測試任務(wù)，節點(diǎn)采用模塊化設計，SPI接口電路簡(jiǎn)單、傳輸速度快，各模塊通過(guò)SPI總線(xiàn)通信協(xié)同完成測試任務(wù)。但在實(shí)際開(kāi)發(fā)應用中，由于系統要求，使某些模塊與多個(gè)模塊鏈接，且接口工作在不同的模式下，如果完成通信需要功能模塊的SPI接口主從切換，致使通信速度與靈活性降低。CPLD具有可編程性特點(diǎn)，可根據需要擴展專(zhuān)用SPI接口電路，提高系統通信速度與靈活性，方便系統擴展功能模塊，提高系統整體性能。

1 節點(diǎn)的模塊化設計及其接口電路
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)采用模塊化的設計方法，每個(gè)節點(diǎn)包括無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、核心主控模塊和功能模塊。系統通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊接收主站發(fā)送的命令碼，核心主控模塊對命令解碼，完成對各功能模塊的控制(開(kāi)啟采集、時(shí)統清零等)。系統要完成多次重復性試驗，因此每次試驗完畢要把實(shí)驗數據(沖擊波數據、環(huán)境變量信息、時(shí)統跟定位信息等)存儲到數據存儲管理模塊統一管理，同時(shí)準備下次試驗。系統工作時(shí)，數據儲存管理模塊SPI接口一方面工作在從模式，接收主控模塊發(fā)送的命令；另一方面工作在主模式，轉發(fā)控制其他功能模塊的命令碼并讀取試驗數據進(jìn)行統一管理，圖1為在其內擴展專(zhuān)用工作在主模式下的SPI接口的模塊問(wèn)鏈接圖。專(zhuān)用工作在主模式下的SPI接口電路，具有提高模塊間數據傳輸速度與靈活性等特點(diǎn)。

2 SPI接口電路設計
數據存儲管理系統以單片機和可編程邏輯器件組成核心控制器?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD依據其編程靈活、易修改的特點(diǎn)，配合單片機在其內部擴展SPI接口電路，不僅簡(jiǎn)化了接口和控制，且提高了系統的整體性能及系統擴展性。
SPI接口電路設計分兩部分：
(1)硬件部分：CPLD內擴展SPI接口框圖如圖2。在CPLD內部編寫(xiě)雙向IO總線(xiàn)、地址鎖存譯碼電路、時(shí)鐘發(fā)生器、接收和發(fā)送數據移位寄存器、傳輸結束標志SPIF產(chǎn)生器等電路完成SPI接口電路設計。READY1為與從機(沖擊波模塊等)通信時(shí)狀態(tài)標志位，用于當主機與從機通信時(shí)查詢(xún)使用，READY1為1時(shí)，可讀取沖擊波數據。