基于MSP430和NRF2401的WSN節點(diǎn)設計

0 引 言
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )WSN(wireless sensor network)是一種自組織網(wǎng)絡(luò )，它由大量低成本、資源有限的傳感節點(diǎn)設備組成，節點(diǎn)間協(xié)同工作實(shí)現某一特定任務(wù)。由于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )所具有的易擴展、自組織、分布式結構和實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的應用已經(jīng)由軍事領(lǐng)域擴展到其他許多領(lǐng)域，例如環(huán)境監測、氣候監測、目標追蹤、工業(yè)自動(dòng)化等方面，此外還為未來(lái)的遠程醫療和空間探索提供了很大的應用空間。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )體系結構如圖1所示，通常包括傳感器節點(diǎn)、匯聚節點(diǎn)(sinknode)、外部網(wǎng)絡(luò )和用戶(hù)界面。大量傳感器節點(diǎn)隨機部署在感知區域(Sensorfield)內部或附近，能夠通過(guò)自組織方式構成網(wǎng)絡(luò )，傳感器節點(diǎn)將采集到的數據沿著(zhù)其他傳感器節點(diǎn)逐跳進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中所采集的數據可能被多個(gè)節點(diǎn)處理，經(jīng)過(guò)多跳路由后到匯聚節點(diǎn)，再由匯聚節點(diǎn)通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò )把數據傳送到處理中心進(jìn)行集中處理。

1 系統硬件設計
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )終端節點(diǎn)的硬件一般包括數據處理單元、無(wú)線(xiàn)傳輸單元、傳感采集單元和電源供應單元。如圖2所示，傳感采集單元可以根據應用背景選擇相應的測量物理量的傳感器，電源供應單元部分由于系統大部分處于低功耗模式，可以采用7號電池解決。下面著(zhù)重介紹數據處理單元、無(wú)線(xiàn)傳輸單元。

1．1 數據處理單元
MSP430是具有超低功耗特點(diǎn)的16位單片機，本方案選用MSP430F148，其功耗電流已經(jīng)達到了μA級。16位CPU和高效的RISC指令系統，無(wú)外擴的數據地址總線(xiàn)，在8MHz時(shí)可達到125ns的指令周期，具有16個(gè)快速響應中斷，能及時(shí)處理各種緊急事件。豐富的片內外圍功能模塊：12位的A／D轉換器ADC12內包括采樣／保持功能的ADC內核、轉換存儲邏輯、內部參考電平發(fā)生器、多種時(shí)鐘源、采樣及轉換時(shí)序電路。有8個(gè)外通道，4個(gè)內通道，高達200kbps的采樣速率，多種采樣方式。兩路USART通信串口，可用于UART和SPI模式；片內有精密硬件乘法器、兩個(gè)16位定時(shí)器，6個(gè)并行口P1～P6，48條I／O口線(xiàn)，其具有64KB的閃存，用于存儲采集數據。