基于CC1110的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計
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CC1110芯片只要極少數外圍元件就能夠搭建穩定可靠且功耗低的SoC，大大簡(jiǎn)化了RF電路的設計過(guò)程。設計的傳感器節點(diǎn)工作在433 MHz頻段。圖2是CC1110的參考設計，主要由CC1110芯片、射頻匹配電路和其他外圍元件組成。
RF匹配電路用來(lái)匹配芯片輸入、輸出阻抗，使其輸入、輸出阻抗為50 Ω，同時(shí)，為芯片內部的PA(功率放大器)及LNA(低噪聲放大器)提供直流偏置。阻抗匹配電路采用BALUN電路，由L232、L242、C234和C241組成。CC1110的RF信號采用差分方式，在433 MHz頻段，其最佳差分阻抗為116+j41 Ω。
RF部分電路設計參考圖2的典型設計，但對電路進(jìn)行了少量修改，加入PA。根據實(shí)際應用環(huán)境需要，節點(diǎn)可以工作在有PA、無(wú)PA兩種狀態(tài)，比如Coordi-nator、Range Extender兩節點(diǎn)可以工作在加PA的方式下(一般采用市電供電)，實(shí)現遠距離傳輸。設計的傳感器節點(diǎn)實(shí)物圖如圖3所示。
節點(diǎn)的傳感器模塊采用瑞士SENSIRION公司的基于Sensirion技術(shù)的全校準數字式溫濕度傳感器SHT71。在一個(gè)芯片上，集成了溫濕度傳感器、信號放大調整器、A／D轉換器和總線(xiàn)接口，可以提供-40℃～120℃范圍內分辨率為14 bit的溫度測量以及0～100％范圍內分辨率為12 bit的濕度測量。SHT71采用串行接口與CC1110相連，它的串行時(shí)鐘輸入線(xiàn)SCK和串行數據線(xiàn)DATA直接與CC1110的GPIO口線(xiàn)相連，電路連接示意圖如圖4所示。
3節點(diǎn)軟件設計
節點(diǎn)的軟件設計主要包括溫濕度采集部分和無(wú)線(xiàn)數據通信部分。
3.1溫濕度采集
溫濕度傳感器SHT71通過(guò)SCK與CC1110保持同步，通過(guò)DATA線(xiàn)收發(fā)通信協(xié)議命令和數據。其控制流如下：CC1110發(fā)送一組“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序進(jìn)行數據傳輸初始化，然后發(fā)送一組測量命令，釋放DATA線(xiàn)，等待SHT71下拉DATA線(xiàn)至低電平，表示測量結束，同時(shí)接收數據。CC1110收到測量值后，可根據如下公式計算出溫度T和相對濕度H：
式中：系數d1、d2、c1、c2和c3可以查閱相關(guān)手冊。
3.2無(wú)線(xiàn)數據通信
下面以節點(diǎn)間點(diǎn)對點(diǎn)通信為例，介紹無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)間通信實(shí)現方法及通信過(guò)程。CC1110的MAC幀結構簡(jiǎn)單，剔除物理層的前導碼和同步字，只包含一個(gè)可選的長(cháng)度字節n、一個(gè)可選的地址字節，用戶(hù)數據和兩個(gè)可選的CRC字節，如圖5所示。
為了方便通信過(guò)程中的數據處理，軟件上定義了如下數據收發(fā)處理結構：
其中，標志位flags占1個(gè)字節，用于表示當前數據幀的類(lèi)型。flags字節中的flags字節的第0位為1時(shí)，表示目標節點(diǎn)在收到該數據幀后不要ACK；第1位為1時(shí)，表示目標節點(diǎn)在收到該數據幀后要ACK；第2位為1時(shí)表示該幀是ACK幀；第3位為1時(shí)，表示該幀是超時(shí)重傳幀；最高位為1時(shí)，表示該幀是數據序列中的一幀。
接著(zhù)闡述傳感器節點(diǎn)的通信射頻設置。節點(diǎn)工作時(shí)使用的晶振頻率為26 MHz，RF初始化時(shí)，設置寄存器FREQ2、FREQ1和FREQ0，配置RF的物理層最低信道的工作頻率；通過(guò)寄存器CHANNR的CHAN位域來(lái)設置通信信道；設置寄存器MDMCFG0的CHANSPC_M位域及寄存器MDMCFG1的CHANSPC_E位域來(lái)設置信道間隔。具體的載波頻率fc可以用下式表示：
式中：fref為26 MHz，最大信道間隔為405 kHz。當然，可以通過(guò)TI公司的軟件SmartRF Studio來(lái)計算這些寄存器設置值。
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