基于CC2430的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計

基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)，以CC2430芯片為核心設計了一種微型傳感器節點(diǎn)。詳細闡述了傳感器節點(diǎn)的溫濕度數據采集模塊、電池能量檢測模塊以及節點(diǎn)之間“點(diǎn)對點(diǎn)”無(wú)線(xiàn)通信的軟件流程。
　　關(guān)鍵詞： 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò ) 傳感器節點(diǎn) CC2430

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是由部署在監測區域內的大量微型傳感器節點(diǎn)組成的，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式形成一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò )系統，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀(guān)察者。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在美國商業(yè)周刊和MIT技術(shù)評論的預測未來(lái)技術(shù)發(fā)展報告中，分別被列為21世紀最有影響的21項技術(shù)和改變世界的10大技術(shù)之一。
　　傳感器節點(diǎn)是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的基本組成單位。它由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊和能量供應模塊四個(gè)部分組成。由于傳感器節點(diǎn)通常是一個(gè)微型的嵌入式系統，它的處理能力、存儲能力和通信能力相對較弱，并通過(guò)攜帶能量有限的電池供電。本文依據傳感器節點(diǎn)的這些特點(diǎn)，設計了一種用于環(huán)境中溫濕度監測的以芯片CC2430為核心的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。
1 CC2430簡(jiǎn)介
　　CC2430芯片是Chipcon公司提供的全球首款支持ZigBee協(xié)議的SoC解決方案。它延用了CC2420芯片的架構，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee 射頻(RF)前端、內存和微控制器。CC2430擁有1個(gè)8位8051MCU，8KB的RAM，32KB、64KB或128KB的Flash，還包含模擬數字轉換器、幾個(gè)定時(shí)器、AES128協(xié)處理器、看門(mén)狗定時(shí)器、32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復位電路、掉電檢測電路，以及21個(gè)可編程I/O引腳。
　　CC2430芯片采用0.18μm CMOS工藝生產(chǎn)，工作時(shí)的電流損耗為27mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和轉換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長(cháng)的應用。
　　CC2430芯片的主要特點(diǎn)有：32MHz單指令周期低功耗的8051微控制器核；集成兼容IEEE802.15.4標準2.4GHz頻段的RF無(wú)線(xiàn)電收發(fā)機；8KB的SRAM，其中4KB可在所有功耗模式下保持數據；兼容RoHS的7×7mmQLP封裝；4種可編程功耗模式；可編程的看門(mén)狗定時(shí)器；上電復位功能；支持硬件調試功能；優(yōu)良的無(wú)線(xiàn)接收靈敏度和強大的抗干擾性；在休眠模式時(shí)僅0.9μA的流耗，外部中斷或RTC能喚醒系統；在待機模式時(shí)少于0.6μA的流耗，外部中斷能喚醒系統；硬件支持CSMA/CA功能；較寬的電壓范圍（2.0～3.6V）；數字化的RSSI/LQI支持和強大的DMA功能；具有電池監測和溫度感測功能；集成了14位模數轉換的ADC；集成AES安全協(xié)處理器；帶有2個(gè)強大的、支持幾組協(xié)議的USART，以及1個(gè)符合IEEE 802.15.4規范的MAC計時(shí)器，1個(gè)常規的16位計時(shí)器和2個(gè)8位計時(shí)器。
2 節點(diǎn)的硬件設計
　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)通常由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊和電源模塊構成。處理器模塊和無(wú)線(xiàn)通信模塊采用CC2430芯片，大大簡(jiǎn)化了射頻電路的設計。傳感器模塊采用集成溫濕度傳感器SHT10。電源模塊采用3V紐扣電池。節點(diǎn)的硬件原理框圖如圖1。

　　SHT10用于采集周?chē)h(huán)境中的溫度和濕度，其工作電壓為2.4～5.5V，測濕精度為±4.5%RH，25℃時(shí)測溫精度為±0.5℃。采用SMD貼片封裝，與處理器的通信電路如圖2所示。SHT10采用兩條串行線(xiàn)與處理器進(jìn)行數據通信。SCK數據線(xiàn)負責處理器和SHT10的通訊同步；DATA三態(tài)門(mén)用于數據的讀取。DATA在SCK時(shí)鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時(shí)鐘上升沿有效。數據傳輸期間，在SCK時(shí)鐘高電平時(shí)，DATA必須保持穩定。為避免信號沖突，微處理器應驅動(dòng)DATA在低電平。需要一個(gè)10kΩ的外部上拉電阻將信號提拉至高電平。本設計中CC2430的引腳P1.0用于SCK，P1.1用于DATA。

3 節點(diǎn)的軟件設計
　　節點(diǎn)的軟件分為數據采集、電池能量檢測和無(wú)線(xiàn)通信這三個(gè)分別設計的模塊。以下給出了各個(gè)模塊的流程圖和詳細說(shuō)明。